玉米Mutator转座子插入突变体库的构建和遗传分析以及脆杆突变体的初步研究

摘要

玉米既是主要的粮食和经济作物，又是基础生物学研究的重要的模式植物。随着玉米全基因组测序工作的完成，它正成为禾本科植物功能基因组学研究的重要成员。在功能基因组学中，创建基因的功能缺失突变体是研究目的基因功能的最直接和有效的途径，转座子插入诱变因为在基因敲除上具有极大的优势而受到了广泛地运用。玉米Mutator转座子因其较高的转座活性常被用于构建大型插入突变体群体，成为分离、克隆玉米功能基因的重要工具之一。
　　 本研究利用带有高转座活性MuDR因子的玉米材料与中国优良玉米自交系Z31杂交，构建基于Mu因子插入的大型突变体库，通过田间鉴定突变表型及实验室内分离侧翼序列方法，对突变体库进行遗传评价，为进一步的功能基因组学研究提供材料和技术支持，主要研究结果如下：
　　 1．构建了一个含有886个家系、17720个单株的M2突变群体。田间表型鉴定表明：其中的536个家系中的1031个单株有明显的突变表型，包括幼苗的白化与黄化、植株的高矮、叶片夹角的大小、雌雄穗的数量、叶色、花粉的育性、植株的脆性、穗位的高低等。
　　 2．对MuTAIL-PCR方法进行优化后，扩增、克隆得到695条MuDR因子插入侧翼序列，利用生物信息学方法分析得到374条非冗余的插入位点。
　　 3．在获得的374条非冗余的插入位点中，有298个插入位点能够被电子定位到玉米基因组物理图谱单个位点上。实验结果揭示或印证了MuDR因子在玉米基因组中插入的一些特征：分布于玉米10条染色体上，偏向于插入到基因序列中，并在某些功能基因中有明显的插入偏好。
　　 4．从突变群体中筛选得到2株脆杆突变体，通过与亲本Z31回交构建F2分离群体，表型鉴定发现脆杆与非脆杆的分离符合3：1的比例。生化成分测定显示脆杆突变体中纤维素的含量降低了50％，而可溶性糖的含量明显升高。细胞学观察发现脆杆突变体植株茎杆组织维管束细胞数目及形态正常，但其维管束鞘细胞的细胞壁厚度明显变薄于野生型的细胞壁厚度，推测维管束鞘细胞细胞壁厚度变薄可能是导致植株变脆的重要因素。
　　 5．利用Mu-Illumina sequencing方法分离得到脆杆突变体中特异的Mu因子插入位点，并通过生物信息学方法确定了48个与脆杆相关的候选基因。