玉米抗粗缩病主效QTL的定位、克隆和应用

1、玉米抗粗缩病主效QTL的定位、克隆和应用玉米 (Zea Mays L.) 是我国第一大粮食作物, 在我国粮食和能源安全保障体系中占有极其重要的位置。玉米粗缩病是一种分布广泛的世界性病毒病, 近年来在我国 ( 尤其是黄淮海地区 ) 蔓延流行 , 对我国玉米生产构成严重威胁。发掘抗病基因、培育抗病品种, 从遗传上解决玉米粗缩病问题是最经济有效的途径。本研究以来源于杂交种CL1165的 50 份 F9 代杂合自交家系(Heterogeneous inbred families,HIFs)为主要实验材料 , 开展玉米抗粗缩病主效 QTL位点的定位、克隆和应用方面的研究 , 具体结论如下 :1 、在山东

2、省济宁、肥城和泰安三个地点连续三年 (2008 、2009 和 2010 年 ) 对这 50 份 HIFs 材料进行粗缩病抗性鉴定 , 筛选出 24 份在不同年份和地点间抗性稳定的材料, 包括 9 份感病 HIFs 和 15 份抗病 HIFs。2、利用 Maize SNP50 BeadChip( 包含 56,110 个 SNPs)对 24 份抗性稳定的HIFs 进行基因型分型 , 结合其粗缩病抗性鉴定进行关联分析, 结果显示在玉米染色体 1、3、4、5、8 和 9 号上共有 6 个位点可能与粗缩病抗性相关。3、筛选粗缩病敏感 (NT401和 NT411)和抗病 (NT399和 NT409)的

3、HIFs, 分别组配成 485个 BC2家系和 211 个 BC1F2家系 , 于 2011 年进一步验证这 6 个候选位点 , 结果表明位于bin8.03 的抗病位点 ,qMrdd1, 为主效隐性抗病QTL,覆盖约 15Mb的区域。4、2012 年, 对来源于 101 个 BC1F3代重组个体的 6,708 个 BC1F4后代植株进行基因型分型和粗缩病抗性鉴定, 利用重组后代测验法将qMrdd1 精细定位到1.2Mb 的区域内。 5、2013 年 , 对来源于 21 个 BC1F5重组个体的 2,238 个 BC1F6后代植株进行基因型和粗缩病抗性鉴定分析, 连续精细定位 , 最终将 qMr

4、dd1 精细定位到 201,335bp 的区域内。6、从黄 C(感病 ) 和 X178(抗病 ) 的 921 个 F6 代重组自交系 (RecombinantInbred Lines,RILs)中, 筛选出 200 份核心 RILs 和 155 份在 qMrdd1 区域发生交换的 RIL 材料 , 在泰安、济宁、肥城三点进行粗缩病抗性鉴定, 并进行基因型数据分析。对核心 RIL 材料的分析显示抗病X178 中同样含有玉米抗粗缩病qMrdd1位点 , 分析 qMrdd1 区域的交换 RILs 将 qMrdd1 定位到 306,554bp 的区域内。7、整合两个群体的定位结果,qMrdd1 最终被

5、限定到 201,335 bp 的区域内 ,我们从抗病材料1145 的 BAC文库中筛选出覆盖该区域的BAC克隆。通过阳性 BAC的测序、基因预测 , 与 B73 序列的比对 , 最终确定了一个候选基因。隐性的抗病等位基因是由一个Helitron转座子插入造成的。 8、借助于 RACE技术 , 我们获取了候选基因的全长cDNA序列 , 发现该基因有两个转录本。针对这两个转录本我们分别构建过表达载体, 同时也构建干扰载体。目前已经获得过表达转基因T0 代植株。根据抗感材料中各两个转录本的序列信息, 预测分析显示四种蛋白均定位于细胞质 ; 同源建模分析显示抗感材料中蛋白高级结构存在显著差异。9、根据该候选基因的 DNA序列特征 , 我们开发出基因特异的诊断标记, 可用于分子标记辅助选择。在收集的 53 分自交系材料中通过关联分析显示转座子插入与粗缩病抗性显著相关。检测 739 份自交系、 334 份农家种和 192 份大刍草材料 , 结果显示有 18份自交系和 1 份农家种材料存在该Helitron转座子的插入。测序分析显示 Helitron转座子的序列和插入位置完全一致, 表明该转座子插入为大刍草驯化成玉米之后的一个突变事件。10、利用分离群体研究显示 ,QTL-qMrdd1(M103-