一个玉米卷叶突变体的表型鉴定与基因定位

摘要

叶型是理想株型育种的关键因素之一。叶片适度卷曲使叶片维持挺立并降低叶片间的遮阴现象，通过提高作物群体光能利用效率从而提高产量。水分胁迫下叶片卷曲能够降低蒸腾失水，降低叶片温度，使植物免受高光强照射。卷叶也是植物耐旱的形态指标之一。近年来一系列叶片发育相关的基因被鉴定克隆。发掘更多的叶片发育相关基因可以为作物理想株型育种以及叶片发育的基础研究提供重要的工作基础。
　　本研究所用的玉米卷叶突变体swl来自B73×Mu活性系杂交产生的突变体库。拔节期可明显观察到叶片内卷的表型。扫描电镜观察到突变体swl叶片表面由于卷叶皱缩造成的纹路也是扭曲的。温室盆栽实验，观察到突变体在苗期就有卷叶表型，表现为叶片中上部内卷。为探究其卷叶机制，取7叶期叶片进行切片观察。结果发现swl突变体和B73叶片的近-远轴端细胞组成上没有区别，但swl的泡状细胞大小较B73小，数目没有明显区别。推测swl的卷叶表型与较小的泡状细胞有关。
　　苗期干旱胁迫实验，发现swl胁迫后相对含水量、存活率均高于B73，并且这种耐旱性与气孔数目无关。推测，swl通过叶片适度卷曲减少了叶片蒸腾失水，进而提高了植株的耐旱性。
　　遗传分析表明，该性状受一对隐性基因控制。为了定位目的基因，以B73和swl为双亲构建遗传分离群体。利用 BSR-seq技术，对 F2分离群体中的卷叶表型单株和展叶表型单株进行混池取样，并进行转录组测序，之后将swl基因初定位在5号染色体165-185M区间。在此基础上，在两个亲本间筛选到13对多态性的SSR标记，用含有78个单株的小的F2分离群体将swl基因定位在了umc1822和 umc1155标记间，位于175-180M区间，与BSR-seq结果是吻合的。之后扩大遗传分离群体进行精细定位，从F2群体中鉴定到2200个卷叶单株，提取DNA并用边界引物umc1822和 umc1155鉴定交换单株基因型。将鉴定到的150个交换单株，进行Sequenom基因分型，同时基于PCR产物测序开发新的SNP标记，最终将swl候选区间缩小至220 kb。在该区间有9个过滤基因(Filtered Gene Sets)。候选区间基因表达量分析实验表明，gene4的相对表达量明显低于其它基因，推测gene4可能是功能基因。利用Seq-walking技术，在swl突变体中检测gene4启动子区有一个Mu1的插入，这一结果证实了之前的推测。

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第一章 引 言

1.1 叶片发育的研究进展

1.1.1 叶片发育与形态建成

1.1.2 叶片卷曲的类型与相关调控机制

1.2 基因克隆的研究进展

1.2.1 图位克隆技术

1.2.2 转座子标签法克隆目的基因

1.3 本研究的目的和意义

第二章 玉米卷叶突变体swl的遗传分析与表型鉴定

2.1 材料与方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验方法

2.2 结果与分析

2.2.1 swl卷叶突变体的遗传分析

2.2.2 swl卷叶突变体形态特征

2.2.3 swl 突变体耐旱性分析

2.3 讨论

第三章玉米SWL基因的精细定位

3.1 材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验方法

3.2 结果与分析

3.2.1 S W L 基因初定位

3.2.2 SWL 基因的精细定位

3.2.3 SWL 候选基因的确定

3.3 讨论

第四章 全文结论

参考文献

附录

致谢

作者简历