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。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)控機制將有利于進一步揭示葉夾角大小的調(diào)控機制，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?。┰谌~枕發(fā)育早期，中期，晚期的細胞和轉(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行了詳細的觀察和統(tǒng)計，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的細胞更傾向于細胞分裂，而986的細胞更傾向于細胞伸長。晚期，B73與986細胞形態(tài)差別不大，長寬比接近。因此，B73的葉枕部位大于986是因為具有更多的細胞數(shù)目。
　?。?）對B73和986葉枕發(fā)育早、中、晚期的轉(zhuǎn)錄組測序的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)在B73與986中各有2158

4、2與22099個基因的表達得到檢測，在B73與986中差異表達基因分別有5996和4715個，共同表達的差異表達基因有2797個。對B73和986的基因分布情況進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)它們的分布具有很強的相似性，推測B73和986葉枕發(fā)育的調(diào)控機制可能是一致的。
　?。?）對共同表達的差異表達基因按照MapMan的分類標準對各個途徑進行功能富集分析，發(fā)現(xiàn)在葉枕發(fā)育早期與DNA和蛋白質(zhì)合成，細胞周期，細胞組織和信號相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物富集。在中

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