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玉米籽粒突变体的表型分析和基因定位(3)

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图2 突变体籽粒和野生型籽粒的百粒重Fig. 2 Hundred-kernel weight ofwild type andsmk7kernels**表示野生型与突变体在0.01水平差异显著。** represents significant differences between thesmk7mutant and wild type at the 0.01 probability level.

2.2 小粒突变体smk7的籽粒成分测定

smk7突变体籽粒成分测定结果表明, M4代分离果穗的smk7突变籽粒淀粉含量和蛋白含量低于野生型籽粒, 油分含量突变籽粒略高于野生型籽粒,均未达到显著水平。F2代分离果穗的smk7突变籽粒淀粉和油分含量显著低于野生型, 而蛋白含量显著高于野生型, 可能是由于不同背景的影响导致 F2代籽粒淀粉、油分和蛋白的含量发生变化(图4)。

图3smk7及野生型成熟籽粒扫描电镜照片Fig. 3 Scanning electron microscopy (SEM) of maturesmk7and WT kernelsA: 野生型胚乳; B:smk7胚乳; SG为淀粉粒; PB为蛋白体; 标尺为20 μm。A: wild type endosperm; B:smk7endosperm; SG: starch granule; PB: protein body;Bar = 20 μm.

图4 野生型籽粒和smk7籽粒的成分测定Fig. 4 Determination and analysis of WT andsmk7kernel components**表示野生型与突变体在0.01水平差异显著。** represents significant differences betweensmk7mutant and wild type at the 0.01 probability level.

2.3 小粒突变体smk7授粉后不同时期胚和胚乳的观察分析

对授粉后12、15、18、21、25和30 d的M4代分离果穗进行观察发现, 授粉后12 d即可明显区分出smk7突变籽粒。与野生型籽粒相比,smk7籽粒明显体积较小, 胚乳不饱满, 胚发育迟滞, 几乎不可见。随着发育进程的增加, 突变表型更加显著, 授粉后21～25 d, 胚发育明显滞后, 大小不足野生型胚的1/10, 胚乳灌浆不饱满。授粉后30 d, 突变籽粒果皮和胚乳间出现较大空隙, 籽粒皱缩体积约为野生型的 1/3, 胚和胚乳略有增大, 但结构畸形明显, 以上结果表明smk7突变产生与籽粒发育的早期(图 5-A,B)。进一步对授粉后12 d的野生型和smk7籽粒制作石蜡切片, 显微观察发现, 结果发现与野生型籽粒相比, 突变体发育严重滞后, 突变体的胚乳转移层细胞(BETL)存在明显发育异常。授粉后12 d, 野生型籽粒 BETL区细胞发育完善, 成带状和基部胚乳细胞接触更为紧密, 有明显的细胞壁内突, 而smk7突变体BETL区细胞与基部分离, 细胞壁内突不明显(图 6)。由此推测SMK7基因突变可能导致BETL细胞发育异常, 影响母体营养物质向胚和胚乳传递, 造成了籽粒的发育缺陷表型。

2.3smk7受单隐性核基因控制

利用杂合植株(+/smk7)分别与自交系Mo17、昌7-2、郑58杂交得到F1群体, F1自交获得不同遗传背景的F2群体。挑选杂合体F1植株进行自交, 对M2、M3和 F2分离果穗中的小粒突变体和正常籽粒进行统计, 计算分离比, 卡方测验结果表明, 正常籽粒与突变籽粒之比均符合3∶1分离规律(χ2<3.84) (表2)。表明smk7小籽粒性状受1对隐性单基因控制, 是细胞核遗传。

2.4SMK7基因的定位

图5 授粉后不同时期胚和胚乳观察分析Fig. 5 Observation of embryo and endosperm of WT andsmk7at different development stagesA: 野生型籽粒在12、15、18、21、25和30 DAP胚和胚乳及完整种子的观察分析; 标尺为3 mm。B: 突变型籽粒(smk7)在12、15、18、21、25和30 DAP胚和胚乳及完整种子的观察分析; DAP: 授粉后天数; 标尺为3 mm。A: the observation of embryo, endosperm and whole seed of wild type at 12, 15, 18, 21, 25, and 30 DAP; Bar =3 mm. B: the observation of embryo, endosperm and whole seed ofsmk7at 12, 15, 18, 21, 25, and 30 DAP; DAP: days after pollination; Bar = 3 mm.

图6 授粉后不同天数野生型和突变体籽粒石蜡切片观察Fig. 6 Observation of paraffin sections of wild type andsmk7kernels on different days after pollinationA: 野生型授粉后12 d籽粒; 标尺为 1000 μm。B:smk7授粉后12 d籽粒; 标尺为1000 μm。C: WT授粉后12 d籽粒胚乳基部转移; 标尺为150 μm; D:smk7授粉后12 d籽粒胚乳基部转移层; 标尺为150 μm; BETL: 胚乳基部转移层细胞。A: wild type kernels at 12 DAP; Bar = 1000 μm. B:smk7kernels at 12 DAP; Bar = 1000 μm. C: the basal endosperm transfer layer of WT endosperm at 12 DAP; Bar = 150 μm. D: the basal endosperm transfer layer ofsmk7at 12 DAP; Bar = 150 μm; BETL: basal endosperm transfer layers.

表2 不同群体的遗传分离比检验Table 2 Genetic segregation test of different populations世代Populations总粒数Total kernels正常籽粒数Normal kernels突变籽粒数Mutant kernels实际比例Actual ratio理论比例Theoretical ratio卡方值χ2 M2 6372 4742 1630 2.91:1 3:1 1.1151 M3 9821 7412 2409 3.08:1 3:1 1.1367 F2 (Mo17×smk7) 5123 3870 1253 3.09:1 3:1 0.7730 F2 (Z58×smk7) 2016 1512 504 3:1 3:1 0.1120 χ2 (0.05) = 3.84

图7 多态性SNP标记的数目Fig. 7 Number of SNP markers

文章来源：《玉米科学》网址: http://www.ymkxzz.cn/qikandaodu/2021/0226/765.html