玉米穗粒腐病抗性QTL的遗传解析

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:DirtySnow
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玉米穗粒腐是一种在全世界广泛发生的病害,致病菌广泛,引起我国穗粒腐的病原菌主要是拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)和禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)。被侵染后的玉米籽粒腐烂变质,不仅能够造成产量的降低,而且其病原菌代谢产生的伏马毒素等真菌毒素更是严重威胁着人畜的健康。因此,培育并推广抗性品种是最安全经济的策略。本试验以感病自交系N6为轮回亲本构建的近等基因系为试验材料,对前期以(BT-1×N6)RIL群体并结合4年5环境的表型数据获得的QTLqRfv3进行了验证;对获得的主效QTLqRfv2进行了精细定位;并对结合关联群体和混池测序确定的QTLqRfv1的候选基因—UDP-葡糖糖醛酸酯4-表异构酶(GAE1)编码基因(GRMZM2G042179)为研究对象,对其基因功能做了初步的研究。主要研究结果如下:通过以感病自交系N6为背景的6个近等基因系交换单株的分离群体,对位于Chr3的QTLqRfv3进行了验证,将q Rfv3定位在标记umc2101~umc2256之间,物理距离约为1.2M;q Rfv3在近等基因系中能降低0.82个发病等级,降低17.92%的发病面积,解释了28.45%的发病面积表型变异。同样以N6背景的近等基因系为试验材料,结合交换单株后代分离群体连续定位策略,将q Rfv2定位区间从1.9M缩小到1.0M,位于标记Er RM-9~Er RM-12之间;q Rfv2在近等基因系能降低1.32个发病等级,减少29.19%的侵染发病面积,能够解释21.25%的发病等级表型变异。同时克隆比对了基因ZmGAE1的ORF序列和长1317bp的启动子序列,序列比对结果发现,N6在ZmGAE1基因ORF序列存在2个DNA碱基的突变但BT-1、N6编码的氨基酸序列没有差异。BT-1、N6的启动子序列存在着很大的差异,其中N6的ZmGAE1启动子序列与BT-1相比缺失了一个144bp的片段,其中包含了1个TCA-element元件,其功能涉及水杨酸反应的顺式作用。因此,N6抗病性的变化可能是由于启动子中TCA-element元件缺失造成的。以自交系BT-1、N6接菌处理的幼苗为试验材料,对根、茎、叶中ZmGAE1基因表达量进行了分析。定量结果显示,ZmGAE1在BT-1中的表达量始终高于在N6中的表达量,N6中基本上不表达;ZmGAE1基因不仅可以在籽粒中表达,在根、茎、叶中都有表达,茎叶经接菌处理后,ZmGAE1基因的表达量无明显变化,但BT-1的根部经接菌处理后,ZmGAE1基因的表达量上升;ZmGAE1基因在籽粒灌浆期和苗期都能响应表达。同时构建了Ca MV 35S启动的植物过表达载体35S-ZmGAE1,以及植物敲除载体CRISPR-ZmGAE1,并以自交系BT-1、N6为受体材料进行了转化,目前已拿到转基因T2代植株的种子。
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