【摘要】：玉米(Zea mays L.)是食品和飼料的主要來源之一,還是重要的工業(yè)原料。提高玉米產(chǎn)量是玉米科研工作中最重要的主題之一,玉米籽粒大小是決定其產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一,研究調(diào)控籽粒大小的分子機(jī)制并能精確找出控制籽粒大小的基因,具有重要的理論意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值,對提高玉米產(chǎn)量起著非常關(guān)鍵的作用。本研究所使用的突變體是從育種中間材料中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)玉米籽粒自然突變體ks(kernel small),突變體籽粒的體積小于其對應(yīng)野生型籽粒,其它生長發(fā)育階段表現(xiàn)均無異常。遺傳分析表明,該性狀符合3:1的孟德爾遺傳分離比例,證明該突變體性狀受一對隱性單基因控制。本研究擬利用已有的玉米籽粒變小的穩(wěn)定突變體材料,對其進(jìn)行表型分析和淀粉合成酶活性測定;利用兩個(gè)遺傳分離群體(突變體ks/B73和突變體ks/昌7-2的F_2代群體),通過連鎖遺傳分析,利用SSR分子標(biāo)記,對調(diào)控籽粒大小的目的基因進(jìn)行定位,為玉米產(chǎn)量的遺傳改良提供新的思路,為分子育種提供基因元件。研究結(jié)果如下:1.突變體表型和生理生化分析突變體籽粒中蛋白質(zhì)含量高于野生型,淀粉含量略低于野生型。掃描電鏡結(jié)果顯示,與野生型相比,突變體籽粒中淀粉粒體積變小且結(jié)構(gòu)緊密。突變體玉米種子胚重比明顯小于野生型玉米,而發(fā)芽率和發(fā)芽勢沒有明顯差異。在玉米籽粒發(fā)育過程中,淀粉合成相關(guān)酶活性測定結(jié)果表明,突變體中UGPase和AGPase活性明顯低于野生型玉米,而GBSS活性在授粉后15天時(shí)明顯高于野生型玉米,暗示著突變基因可能影響了淀粉合成途徑中這三個(gè)關(guān)鍵酶的活性,進(jìn)而影響淀粉的合成,從而導(dǎo)致籽粒成分和結(jié)構(gòu)出現(xiàn)相應(yīng)的變化。2.突變基因的定位定位過程中共利用有效SSR分子標(biāo)記56對,初步作圖分析表明,籽粒大小相關(guān)的突變基因位于玉米第五條染色體的著絲粒附近,位于SSR分子標(biāo)記GY86和GY87之間,與標(biāo)記GY87緊密連鎖,遺傳距離為4.2cM;與GY86相距較遠(yuǎn),遺傳距離為7.4cM。后擴(kuò)大定位群體,設(shè)計(jì)SSR引物20對、Indel引物20對,將目的基因定位在87214與GY87-3之間的10Mb區(qū)間里。
【圖文】：

（Zea mays L. ssp. parviglumis or mexicana）有很大不同。育種者們通過世世代代的對玉米的品質(zhì)不斷向人們期待的方向進(jìn)行改良，使其逐漸演化成現(xiàn)在的數(shù)百種品種世界各地大面積種植（Johnson，2000）。玉米生產(chǎn)主要集中在美國、中國、巴西、墨西哥、阿根廷、法國等國家，根據(jù)來合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Orgnization of the United Nations）的數(shù)05-2010年世界平均年產(chǎn)玉米7.71億噸，美國、中國平均年產(chǎn)3.04億噸和1.55億噸，占世界總產(chǎn)量的39.4%和20.1%。作為僅次于美國的第二大玉米生產(chǎn)國，我國自1以來年產(chǎn)量有所波動(dòng)但總體上升，至2009年年產(chǎn)量達(dá)到了1.64億噸。根據(jù)世界農(nóng)業(yè)，到2018/2019年度世界玉米供應(yīng)量預(yù)計(jì)為12.63億噸，消費(fèi)量預(yù)計(jì)為11.06億噸，產(chǎn)計(jì)為10.69億噸，貿(mào)易量預(yù)計(jì)為1.62億噸，分別較2017/2018年度估算值增加168萬噸80萬噸，3536萬噸和1554萬噸，其中2018/2019年度世界玉米期末庫存量預(yù)計(jì)為1.5，較2017/2018年度估算值減少3712萬噸，庫存量減少19.12%（圖1）。

圖 2 各類基因控制擬南芥種子大小的模型Fig.2 Model of Seed Size Control in Arabidopsis.注：種子大小的決定包括受 IKU 類基因和 ABI5、ABA2 基因?qū)ε呷樯L的合子控制和 TTG2 基因?qū)χ楸患?xì)胞伸長的母本控制。這兩個(gè)途徑通過交叉聯(lián)系（雙向箭頭）相整合以決定種子的最終大小。在珠被細(xì)胞增殖的早期珠被細(xì)胞的數(shù)目受到調(diào)控。然而，珠被細(xì)胞的伸長互補(bǔ)了細(xì)胞數(shù)目（短箭頭）的改變以適應(yīng)胚乳的大小，珠被細(xì)胞增殖對種子的大小沒有明顯的影響。相互雜交實(shí)驗(yàn)證明 AP2 以獨(dú)立于 IKU 途徑的方式通過母本效應(yīng)和胚乳控制著種子大小。IKU1 和 IKU2 是胚乳細(xì)胞化時(shí)期表達(dá)量升高的兩個(gè)關(guān)鍵基因（Garcia et al.，2003）。其中 IKU2 基因和 MINI3 基因的突變體已經(jīng)被證實(shí)可以單獨(dú)調(diào)控產(chǎn)生較小種子，其表型與IKU1 基因突變之后的表型相似。MINI3（MINISEED3）編碼 WRKY10，是 WRKY 蛋白家族中的成員。MINI3 基因在授粉之后被激活表達(dá)，在發(fā)育初期的胚中與 IKU 的啟動(dòng)子結(jié)合，，共同調(diào)控胚乳細(xì)胞化的過程（Luo et al.，2005；Kang et al.，2013；Xiao et al.，2016）。IKU2 能夠編碼一種亮氨酸受體激酶，僅在種子的胚乳中表現(xiàn)出很高的表達(dá)量。這個(gè)研究結(jié)果為該途徑可以調(diào)控種子大小提供了最有力的證據(jù)，即 IKU2 基因只會(huì)通過控制胚乳的增殖過程來影響種子的大�。↙uo et al.，2005）。研究人員用野生型當(dāng)作父
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S513

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱偉;陳小平;梁炫強(qiáng);;種子大小發(fā)育的基因調(diào)控研究進(jìn)展[J];中國油料作物學(xué)報(bào);2012年04期

2 寧麗華;陳亭亭;劉懷華;劉旭;馬俠;崔德周;姜川;張華;王莉雯;李德濤;陳化榜;;高直鏈淀粉玉米amylose-extender基因功能標(biāo)記的開發(fā)及應(yīng)用[J];分子植物育種;2011年02期

3 荊志偉;王忠;王永炎;高思華;;基因芯片數(shù)據(jù)分析方法研究進(jìn)展[J];生物技術(shù)通訊;2007年01期

4 王軍,謝皓,郭二虎,李愛軍,范慧萍;DNA分子標(biāo)記及其在谷子遺傳育種中的應(yīng)用[J];北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào);2005年01期

5 沈法富,劉風(fēng)珍,于元杰;分子標(biāo)記在植物遺傳育種中的應(yīng)用[J];山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1997年01期

本文編號(hào)：2682359