玉米葉枕發(fā)育及葉夾角形成關(guān)鍵調(diào)控基因的挖掘.pdf

1、玉米是全球最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，葉夾角（葉片與主莖之間的夾角）是影響玉米株型與產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀之一。較小的葉夾角，有利于降低冠層截光率，提高群體光能利用率和群體種植密度，從而提高產(chǎn)量。因此，選育緊湊耐密株型是玉米育種的重要目標(biāo)。葉枕（包括葉耳和葉舌）是連接玉米葉片和葉鞘的中間樞紐，是調(diào)控葉夾角的關(guān)鍵部位。揭示葉枕發(fā)育的分子調(diào)控機(jī)制將有利于進(jìn)一步揭示葉夾角大小的調(diào)控機(jī)制，因此，本研究分析了B73（平展型自交系，葉夾角較大）和986（緊湊

2、型玉米自交系，葉夾角較小）在葉枕發(fā)育早期，中期，晚期的細(xì)胞和轉(zhuǎn)錄水平的變化，挖掘葉夾角調(diào)控關(guān)鍵基因，為玉米株型的優(yōu)化及產(chǎn)量的提高提供理論基礎(chǔ)和候選基因。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）對(duì)113種具有葉夾角大小差異的玉米自交系的葉枕夾角和葉夾角進(jìn)行了詳細(xì)的觀察和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)葉枕夾角與葉夾角呈正相關(guān)，說明葉枕形態(tài)結(jié)構(gòu)是影響葉夾角大小的重要因素。
　?。?）通過掃描電鏡觀察了B73和986葉枕發(fā)育早、中、晚期的細(xì)胞學(xué)變化。葉枕發(fā)育早期

3、葉枕呈帶狀，中期葉枕上部開始變寬，葉枕夾角開始形成，晚期葉片已發(fā)育成熟。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在葉枕發(fā)育早期，細(xì)胞分裂占主導(dǎo)地位。B73與986的最顯著差異發(fā)生在中期：B73的細(xì)胞更傾向于細(xì)胞分裂，而986的細(xì)胞更傾向于細(xì)胞伸長。晚期，B73與986細(xì)胞形態(tài)差別不大，長寬比接近。因此，B73的葉枕部位大于986是因?yàn)榫哂懈嗟募?xì)胞數(shù)目。
　?。?）對(duì)B73和986葉枕發(fā)育早、中、晚期的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在B73與986中各有2158

4、2與22099個(gè)基因的表達(dá)得到檢測(cè)，在B73與986中差異表達(dá)基因分別有5996和4715個(gè)，共同表達(dá)的差異表達(dá)基因有2797個(gè)。對(duì)B73和986的基因分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)它們的分布具有很強(qiáng)的相似性，推測(cè)B73和986葉枕發(fā)育的調(diào)控機(jī)制可能是一致的。
　?。?）對(duì)共同表達(dá)的差異表達(dá)基因按照MapMan的分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各個(gè)途徑進(jìn)行功能富集分析，發(fā)現(xiàn)在葉枕發(fā)育早期與DNA和蛋白質(zhì)合成，細(xì)胞周期，細(xì)胞組織和信號(hào)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物富集。在中

5、期和晚期，大多數(shù)參與細(xì)胞壁修飾，次級(jí)代謝和光合作用的基因表達(dá)量達(dá)到峰值。在B73與986差異最顯著中期，參與調(diào)控細(xì)胞分裂的基因在B73中表達(dá)量更高，然而參與調(diào)控細(xì)胞伸長的基因在986中表達(dá)量更高。有趣的是，參與激素代謝，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與響應(yīng)的基因，以及一些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)具有時(shí)空特異性。
　　（5）以Su115×986為親本進(jìn)行雜交，對(duì)F6代重組自交系進(jìn)行SNP芯片檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)5號(hào)染色體上兩個(gè)調(diào)控葉夾角的QTL區(qū)間，綜合前人GWAS分析所定