玉米低磷响应基因ZmPAP18的表达特征与序列变异分析

紫色酸性磷酸酶(PAP)是金属磷酸酯酶家族的重要成员,在植物对低磷环境适应的过程中发挥重要作用。依据前期构建的低磷胁迫抑制消减文库,运用RT-PCR方法从耐低磷玉米自交系178中克隆了一个酸性磷酸酶基因的全长序列。该基因编码区全长1409bp,其中ORF为1371bp,编码457个氨基酸残基。经保守域分析发现,基因的推测氨基酸序列中含有紫色酸性磷酸酶所特有的5个保守基序和7个金属离子结合位点,属于紫色酸性磷酸酶类,被命名为ZmPAP18。通过实时荧光定量分析表明,ZmPAP18在根和叶中均受到低磷胁迫的诱导增强表达,且在诱导24h后表达量达到峰值;但在玉米根部的表达量高于叶片,表明ZmPAP18在玉米根部可能参与了根外磷素的活化与吸收以及无机磷由根部向其他组织的转运。此外,经序列分析发现,ZmPAP18的3’非翻译区存在一个Indel(TGTTG)位点,并在常用的14个玉米自交系中表现出丰富的多态性,为进一步开发该基因的分子标记及耐低磷种质分子改良提供了参考信息。     

一个玉米Pht1家族磷转运蛋白基因克隆和功能分析

从耐低磷玉米自交系178中分离和鉴定高亲和力磷转运蛋白质基因,为开展磷高效分子育种奠定理论基础。本研究以水稻和拟南芥中鉴定的磷转运蛋白基因为基础,运用生物信息学方法,对玉米进行全基因组预测及系统进化分析;并运用克隆、实时荧光定量PCR和亚细胞定位方法对其家族成员进行深入研究。结果表明,从玉米自交系B73全基因组序列中筛选出37个磷转运蛋白候选基因,并被聚类为五大家族。从耐低磷材料中扩增了一个属于Pht1家族成员ZmPht1;9的全长cDNA,该基因编码区长1620bp,编码539个氨基酸,含有典型的MFS超家族蛋白的保守结构域和12个跨膜结构;荧光定量PCR分析表明,在低磷胁迫下,该基因的相对表达量显著增加,且叶片中的表达量高于根系,同时在基因型之间也存在差异;原生质体转化的亚细胞定位结果显示,ZmPht1;9表达蛋白主要分布于细胞膜上。ZmPht1;9编码位于细胞膜上的高亲和力磷转运蛋白,对调节磷素的动态平衡起重要作用。     

两种磷水平下玉米产量性状的变化及其QTL定位

为了解低磷胁迫下玉米产量性状的影响及其遗传基础,以玉米重组自交系为研究材料,分别在低磷处理和正常条件下,比较供试群体的产量及构成性状的变化,并运用复合区间作图法对其进行QTL定位。结果表明,单株产量、穗重和轴重等性状受低磷胁迫影响较大,出籽率、穗行数和粒深等性状受低磷胁迫影响较小;通径分析表明,低磷胁迫主要通过影响行粒数、百粒质量和粒深构成性状导致了单株产量的损失。在2种磷水平下共检测到23个产量及其构成性状QTL;单个QTL可解释的表型变异为4.32%~14.77%;其中,标记区间bnlg666~umc1141和umc1108~bnlg1258分布了不同性状的多个QTL。这些成簇分布QTL的染色体区域和低磷胁迫条件QTL,可为开展玉米耐低磷分子育种提供参考。     

两种磷水平下玉米苗期根系性状的QTL定位

以耐低磷性状具有明显差异的玉米自交系X178和9782为亲本构建的重组自交系为研究材料,在正常供磷与低磷胁迫下对玉米苗期根系和地上部分干重等性状进行表型鉴定和QTL定位分析。结果表明,低磷胁迫下重组自交系地上部分干重下降最多,显示低磷胁迫下玉米苗期优先确保根系生长发育。两种磷水平下共检测到9个性状的16个QTL,主要位于第1染色体上,其中,正常磷水平下富集了5个QTL的bin1.06区域、低磷胁迫下集中了3个QTL的bin1.03区域可能是含有控制根系或磷利用相关性状基因的重要染色体区域。在定位的16个QTL中,位于第7染色体的根冠比QTLqRRS7_LP可解释表型贡献率高达14.06%,且增效等位基因来源耐低磷亲本X178,表明若对该位点进行分子标记辅助选择,可能会对耐低磷性状改良具有明显的选择效果。     

利用SSR鉴定水稻杂交种子纯度的研究

为发展DNA标记技术在种子纯度鉴定上的应用，对12个目前在生产上大面积推广的水稻杂交种进行了SSR纯度鉴定。筛选出一批在常用亲本上具有较高多态性的SSR引物，并与田间纯度鉴定结果进行比较研究。结果表明：SSR鉴定的平均纯度与田间鉴定结果无显著差异，SSR可以用于杂交水稻种子纯度鉴定。