玉米籽粒突变体的表型分析和基因定位(4) - 玉米科学杂志社投稿_期刊论文发表|版面费|电话|编辑部|论文发表- 玉米科学

一、来稿必须是作者独立取得的原创性学术研究成果，来稿的文字复制比（相似度或重复率）必须低于用稿标准，引用部分文字的要在参考文献中注明；署名和作者单位无误，未曾以任何形式用任何文种在国内外公开发表过；未一稿多投。二、来稿除文中特别加以标注和致谢之外，不侵犯任何版权或损害第三方的任何其他权利。如果20天后未收到本刊的录用通知，可自行处理(双方另有约定的除外)。三、来稿经审阅通过，编辑部会将修改意见反馈给您，您应在收到通知7天内提交修改稿。作者享有引用和复制该文的权利及著作权法的其它权利。四、一般来说，4500字（电脑WORD统计，图表另计）以下的文章，不能说清问题，很难保证学术质量，本刊恕不受理。五、论文格式及要素：标题、作者、工作单位全称(院系处室)、摘要、关键词、正文、注释、参考文献(遵从国家标准：GB\T7714-2005，点击查看参考文献格式示例)、作者简介(100字内)、联系方式(通信地址、邮编、电话、电子信箱)。六、处理流程：（1）通过电子邮件将稿件发到我刊唯一投稿信箱（2）我刊初审周期为2－3个工作日，请在投稿3天后查看您的邮箱，收阅我们的审稿回复或用稿通知；若30天内没有收到我们的回复，稿件可自行处理。（3）按用稿通知上的要求办理相关手续后，稿件将进入出版程序。（4）杂志出刊后，我们会按照您提供的地址免费奉寄样刊。七、凡向文教资料杂志社投稿者均被视为接受如下声明：（1）稿件必须是作者本人独立完成的，属原创作品（包括翻译），杜绝抄袭行为，严禁学术腐败现象，严格学术不端检测，如发现系抄袭作品并由此引起的一切责任均由作者本人承担，本刊不承担任何民事连带责任。（2）本刊发表的所有文章，除另有说明外，只代表作者本人的观点，不代表本刊观点。由此引发的任何纠纷和争议本刊不受任何牵连。（3）本刊拥有自主编辑权，但仅限于不违背作者原意的技术性调整。如必须进行重大改动的，编辑部有义务告知作者，或由作者授权编辑修改，或提出意见由作者自己修改。（4）作品在《文教资料》发表后，作者同意其电子版同时发布在文教资料杂志社官方网上。（5）作者同意将其拥有的对其论文的汇编权、翻译权、印刷版和电子版的复制权、网络传播权、发行权等权利在世界范围内无限期转让给《文教资料》杂志社。本刊在与国内外文献数据库或检索系统进行交流合作时，不再征询作者意见，并且不再支付稿酬。九、特别欢迎用电子文档投稿，或邮寄编辑部,勿邮寄私人，以免延误稿件处理时间。

玉米籽粒突变体的表型分析和基因定位(4)

作者:

关键词:

摘要：

以 Mo17为遗传背景的 F2分离果穗为材料, 利用CTAB法提取45个粒突变籽粒及其亲本DNA, 利用20K GBTS靶向测序技术分析样本基因型。去除杂合及双亲之间无多态的位点后, 共得到 7903个SNP多态性标记, 占总位点数的39.5%, 其中1号染色体最多为1314个, 10号染色体最少为586个(图7)。通过计算各条染色体, 每个多态性 SNP标记的基因型频率(SNP index), 发现 2号染色体上 0.04 Mb～9.54 Mb区间可能与目标性状连锁(图8)。扩大定位群体, 提取 274个突变籽粒 DNA, 同时开发In0.83、In1.16、In1.9和 In4.3若干对 InDel标记, 将SMK7定位在0.83 Mb～1.9 Mb区间。继续扩大定位群体到 399, 开发 SNP1、SNP2、SNP3、SNP4和SNP5等若干对SNP标记, 最终将SMK7基因定位在 2号染色体的 SNP2和 SNP3两个 SNP标记之间, 左侧标记处交换单株数为4, 右侧标记处交换单株数为 9, 物理距离为 120 kb (图 9)。利用Gramene ( 8个蛋白编码基因。对Zm00001d00 1818和Zm00001d001820两个基因进行测序并和B73序列比对发现无变化; 其余6个基因分别编码:乙酰化酶家族蛋白(Zm00001d001819)叶绿体 β亚基邻氨基苯甲酸合成酶(Zm00001d001823)、Dof锌指蛋白(Zm00001D001824)和 WD40重复超家族转导蛋白(Zm00001D001825); 还有 2个功能未知蛋白(Zm00001d001821和Zm00001d001822)(表 3)。

图8 SNP index全基因组频率分布图Fig. 8 Distribution profile of SNP index on whole genome

3 讨论

籽粒是玉米主要营养储存器官, 也是研究禾本科种子发育的模式器官。开展籽粒突变体研究对于克隆籽粒发育关键基因及解析籽粒发育调控分子机制具有重要意义。

本研究中smk7突变体属于小粒(small kernel)类型突变体, 表现为胚和胚乳发育迟滞的表型。成熟的smk7突变体种子体积较小, 胚和胚乳发育缺陷, 尚有少数可以成苗, 幼苗具有黄化现象。这种表型不同于emp、emb等类型的突变体,emp是胚和胚乳严重缺陷的致死突变, 而emb突变体仅胚发育存在异常。小部分dek突变体表型与smk7类似, 如dek36、dek37、dek40、dek42[25]等发育成幼苗。对smk7授粉后12 d 的籽粒石蜡切片观察发现, 突变体 BETL层细胞壁向内生长受阻, 发育迟缓。胚乳基部转移层是一类2～3层高度特异的细胞, 含有大量线粒体, 参与细胞的信号转导,激素合成等重要功能, 种子灌浆发育需要通过BETL从母体中获取营养。表明SMK7基因可能调控胚乳基部转移层细胞形成, 进而影响胚和胚乳发育。

图9SMK7基因的精细定位Fig. 9 Fine mapping ofSMK7N: 群体大小; Recombinants: 重组单株数。N: the number of individuals; Recombinants: the number of recombinants.

表3 候选区间内基因信息Table 3 Gene information in the candidate region基因名称Locus name基因注释Gene annotation ZM00001D001818 Probable polyol transporter 4 ZM00001D001819 N-acetylglucosaminyl-phosphatidylinositol de-N-acetylase family protein ZM00001D001820 Protochlorophyllide reductase1 ZM00001D001821 Unknown ZM00001D001822 Unknown ZM00001D001823 Anthranilate synthase beta subunit 1 chloroplastic ZM00001D001824 Dof zinc finger protein DOF1.6 ZM00001D001825 Transducin/WD40 repeat-like superfamily protein

目前已克隆的smk突变体有smk1、smk2、Zmsmk3、smk4、smk6和Zmsmk9[26-29]。smk1突变体胚和胚乳发育滞后, 种皮和胚乳之间有很大空腔,约 10%的突变籽粒可萌发。SMK1基因编码 1个 E型PPR蛋白, 参与了线粒体nad7-836的编辑。smk2突变体籽粒变小, 胚败育, 胚乳细胞少, BETL细胞发育受阻。SMK2位于4号染色体, 编码谷氨酰胺酶参与vitamin B6的合成。Zmsmk3突变体表现为胚与胚乳发育滞后, BETL细胞发育严重受损, 约30%突变籽粒可萌发成苗。ZmSMK3位于 3号染色体, 编码 1个线粒体转录终止因子(mTERF)蛋白, 参与nad1的第4内含子和nad4的第1内含子剪切过程;smk4小粒突变体95%可以成苗, 但是植株生长发育缓慢且花期延后。基因克隆结构表明SMK4位于 4号染色体编码E亚类PPR蛋白, 参与线粒体cox1转录本 C-U的编辑;smk6是 1个小粒胚致死突变体,SMK6基因位于10号染色体, 该基因编码E型PPR蛋白, 影响线粒体基因的编辑功能;Zmsmk9突变体胚与胚乳发育滞后, 但是能正常萌发并发育成株。ZmSMK9位于1号染色体, 编码1个P型PPR蛋白,参与nad5的剪切。由此可知大部分smk突变均与线粒体功能缺陷有关, 线粒体作为细胞的能量工厂和进行有氧呼吸的主要场所, 在胚乳 BETL细胞功能及籽粒发育中具有重要的作用。

本研究中smk7被定位在 RM～RM15 两个SNP标记之间, 物理距离约为120 kb。通过MaizeGDB和Gramene生物信息学网站分析发现该区段包含了 8个新的蛋白编码基因。对其中Zm00001d001818和Zm00001d001820进行PCR扩增并和诱变亲本 B73进行序列比对发现无突变位点;Zm00001d001819编码氮-乙酰氨基葡萄糖基磷脂酰肌醇-氮-乙酰化酶家族蛋白, 目前今发现在哺乳动物, 酵母和原生动物中有活性[30];Zm00001d001823的编码叶绿体β亚基邻氨基苯甲酸合成酶1, 可能参与IAA合成的色氨酸途径[31]。在核分化过程中, IAA控制着糖和蛋白质的代谢, 是胚乳 BETL形成的必要条件, IAA通过CK或ABA直接或间接地调控玉米醇溶蛋白编码基因的转录。Zm00001d001824编码Dof锌指蛋白, 广泛参与碳氮代谢、花和花粉发育、种子发育和萌发、次生代谢、维管发育和叶片等植物生长发育过程。Zm00001d001825编码WD40重复超家族转导蛋白, 可能与 AP2形成复合物协同作用于网格蛋白介导的内吞作用[32]。玉米edh1突变体中与网格蛋白内吞作用的基因发生突变, 导致突变体籽粒变小, 因此 WD40也可能参与籽粒发育调控。所以后续还需通过候选基因测序、基因表达分析等分子实验进一步确定候选基因。

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