玉米高赖氨酸新突变opaque-16基因的图位克隆及功能分析
批准号:
32060461
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
王伟
依托单位:
学科分类:
作物种质资源学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王伟
中文摘要
玉米opaque-16 (o16)是一个高赖氨酸新突变,具有良好的利用前景。对该突变的前期研究,虽然已经将其初步遗传定位,并筛选出10余个候选基因,但其基因尚未克隆。我们已用玉米野生型、o16突变型近等基因系(NILs),构建了o16突变杂交分离F2小群体、不透明和透明籽粒极端大群体。本项研究拟用NILs和这些群体,对前期研究鉴定出的候选基因、连锁位点进行PCR检测筛查,参考B73基因组进行染色体步行和精细定位,寻找共分离位点,图位克隆o16基因。然后,采用CRISPR-Cas9进行基因敲除测验,采用杂交技术进行等位测验,确证克隆基因。采用RT-qPCR分析该基因在NILs中不同组织和不同发育时期籽粒的时空表达,采用荧光素酶互补成像(LCI)技术分析O16蛋白、主要Zeins和O2蛋白间的互作关系。研究结果对优质资源的创新和品质育种具有重要意义。
英文摘要
Maize opaque-16 (o16) is a novel mutation of high lysine and has good utilization prospect. In the previous studies of the mutation, although it has been preliminarily genetically localized, and more than 10 of its candidate genes have been screened, but the gene has not been cloned. Using the wild type and o16 mutant near isogenic lines (NILs), we have constructed populations of small F2, large opaque and vitreous extreme bulk for o16 mutation. By using the NILs and these populations, this study intends to find co-separated locus and do map-based cloning for the o16 mutation through PCR detection and screening of candidate genes and linkage loci identified in previous studies, and chromosome walking and fine mapping via reference to the B73 genome. Then, to confirm the cloned O16 gene, gene knockout test by CRISPR-Cas9, and allelism test by hybridization will be carried out. To analyze the spatiotemporal expression of the O16 gene, RT-qPCR will be performed by use of different tissues and developmental kernels of Nils. To analyze the interactions between the O16 protein, and major Zeins and O2 protein, firefly luciferase complementation imaging (LCI) will be conducted. The research results are of great significance to the innovation of high quality resources and quality breeding.
玉米是世界上主要的饲料和粮食作物。品质是主要育种目标,直接影响人畜禽的健康发育和食用口感。赖氨酸是人畜禽等单胃动物必需的氨基酸。普通玉米赖氨酸含量较低(0.3%以下),不能满足人类食用和食品加工的营养品质要求(0.5%以上),更不能满足畜禽饲料对赖氨酸含量的要求(0.6-0.8%)。.项目组前期利用Mu转座子插入诱变技术选育了一个新的高赖氨酸突变opaque-16(o16),其赖氨酸含量达0.36%。本研究利用玉米野生型、o16高赖氨酸突变型近等基因系,构建的o16突变杂交分离群体,对前期研究鉴定出的连锁标记和候选基因等进行PCR检测筛查、并进行精细定位、图位克隆及功能分析。主要结果:(1)以o16突变为材料,构建杂交和回交群体,其杂交和回交世代种子经卡方检测,近一步证实o16突变为单基因控制的隐性性状。(2)针对筛选的11个候选基因,设计14对转化PCR引物,结果有5对专化引物在o16不同突变系间多态性不完全一致。(3)针对11个候选基因,利用SSR Hunter 1.3查找SSR位点,并设计46对SSR引物,结果在o16突变及野生型间没有检测到多态性。(4)利用20k SNP芯片,对o16突变系及其野生型材料进行分析,结果共有的差异区段主要集中在第7染色体的10,549,337至14,538,160间大约4 Mb区域。(5)利用DNBSEQ重测序技术,对o16突变进行BSA-seq分析,结果高置信位点主要集中在玉米第7号染色体的10,209,687-14,012,560区域。(6)利用o2基因内标记和o16连锁标记对6套近等基因系共22份材料进行靶基因检测,o16突变只有W4和W212份材料带型符合预期结果。(7)o16基因渗入普通玉米后,会引起赖氨酸、色氨酸降解通路中编码L-PO、LKR/SDH及IAAO 和YUCCA下调表达。(8)o16和o2基因聚合后,会引起编码ASD、AK和DapF 基因上调表达,编码TAA和ALDH的基因下调表达。(9)根据转录调控研究结果,克隆了三个品质相关基因(Zm00001d034713、Zm00001d020984、Zm00001d005151),并进行了表达分析遗传转化载体的构建。上述结果,对o16突变候选基因的克隆以及o16提高赖氨酸和色氨酸含量的分子机理研究奠定了基础。
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