玉米生長素應(yīng)答因子ARF21調(diào)控根系發(fā)育的研究.pdf

1、玉米中氮的吸收利用效率與玉米的產(chǎn)量直接相關(guān)，在影響玉米氮效率的諸多因素中，苗期的根系性狀與吸氮能力密切相關(guān)。生長素應(yīng)答因子（Auxin response factor, ARF），是一類受生長素調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子，在生長素信號傳導(dǎo)途徑中起著重要的作用，影響植物生長的多個過程，包括細(xì)胞伸長、頂端優(yōu)勢、衰老以及調(diào)控植物根系的生長發(fā)育等。為了解玉米生長素應(yīng)答因子ZmARFs家族基因是否在硝酸鹽介導(dǎo)的調(diào)控根系生長途徑中發(fā)揮作用，本研究以玉米自交系掖

2、478、武312以及掖478×武312 RIL群體為材料，分析在0.04、0.4、4.0和10.0 mM的硝酸鹽濃度下，玉米生長素應(yīng)答因子基因家族（ZmARFs）31個基因在掖478、武312根中的表達(dá)模式，克隆部分家族基因并鑒定基因功能，進(jìn)行基于ZmARF21基因與掖478×武312 RIL群體根系表型的關(guān)聯(lián)分析，鑒定ZmARF21是否是與根系性狀相關(guān)聯(lián)的QTL。
　　研究結(jié)果顯示：
　　1)在不同玉米自交系根中，ZmAR

3、Fs家族基因?qū)Σ煌琋O3-離子濃度的應(yīng)答模式顯著不同。被檢測的22個家族基因中，掖478的根中有21個基因被NO3-處理誘導(dǎo)表達(dá)，武312根中，有12個基因?qū)O3-離子濃度無應(yīng)答，表明ZmARFs家族基因在掖478根中對氮處理更敏感。在能夠?qū)O3-離子做出應(yīng)答的基因中，掖478中有8個基因?qū)?0 mM NO3-離子濃度無應(yīng)答，武312中有7個基因?qū)?0 mM NO3-無應(yīng)答，表明ZmARFs家族基因?qū)Φ偷幚砀舾小?br>　　2）

4、從不同玉米自交系中分離了推測與調(diào)控玉米根系生長發(fā)育的主要QTL區(qū)域相關(guān)聯(lián)的ZmARF9、ZmARF21和ZmARF23基因。基因功能分析顯示，超表達(dá)ZmARF21基因調(diào)控轉(zhuǎn)基因擬南芥主根生長，并且來自不同玉米自交系的 ZmARF21基因存在功能上的差異。其中Ye478-ZmARF21基因提高轉(zhuǎn)基因擬南芥在低氮脅迫下根生長能力。
　　3)在兩個親本自交系中的序列多態(tài)性分析顯示，ZmARF21在兩個親本中存在插入缺失變異，基于掖478

5、和武312中的序列差異設(shè)計(jì)分子標(biāo)記(Marker)，整合這些Marker到基于掖478×武312 RIL群體構(gòu)建分子標(biāo)記圖譜中，確定ZmARF21落在6號染色體的umc1006標(biāo)記區(qū)域，而此標(biāo)記與玉米根系（包括節(jié)根、側(cè)根和主根）生長發(fā)育相關(guān)。
　　4)分析掖478×武312 RIL群體中ZmARF21差異片段多態(tài)性，獲得A（掖478）、B（武312）、AB（掖478和武312）三種帶型。分析表明：A、B和AB三種帶型對應(yīng)的種子根數(shù)

6、、主胚根長、種子總根長、節(jié)根數(shù)和側(cè)根數(shù)5個根系表型數(shù)據(jù)在正常氮（4 mM）和低氮（0.04 mM）處理下沒有顯著差異，但節(jié)根長顯著性分析顯示，三種帶型所對應(yīng)的節(jié)根長有一致性的變化規(guī)律，即在低氮處理下節(jié)根長均顯著大于正常生長條件，表明這些差異序列的存在顯著影響玉米在低氮條件下節(jié)根長。
　　5）關(guān)聯(lián)分析表明， A、B和AB這三種帶型對節(jié)根長的貢獻(xiàn)率不同，分年度結(jié)果顯示，A型對節(jié)根長的貢獻(xiàn)率分別為3.15％、2.87%和3.21%，B型

7、對節(jié)根長的貢獻(xiàn)率分別為0.45%、0.76%和0.53%，AB型對節(jié)根長的貢獻(xiàn)率分別為1.15%、1.28%和1.07%。比較分析，A型對節(jié)根長的貢獻(xiàn)率最大，B型對節(jié)根長的貢獻(xiàn)率很低，AB型對節(jié)根長的貢獻(xiàn)率介于兩者之間。A型只存在于根系發(fā)達(dá)的掖478中，B型只存在于根系不發(fā)達(dá)的武312中，基于這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推測ZmARF21基因與玉米根系表型存在相關(guān)性。
　　綜上所述，ZmARF21調(diào)控玉米在低氮脅迫下根系生長，并且定位在玉米6號