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玉米ZCN7在调控花期抗旱性中的作用

文献类型： 中文期刊

作者： 李燕;陶柯宇;胡悦;李永祥;张登峰;李春辉;何冠华;宋燕春;石云素;黎裕;王天宇;邹华文;刘旭洋

作者机构：

关键词： 玉米(Zea mays L.);抗旱性;开花期;ZCN

期刊名称：中国农业科学

ISSN： 0578-1752

年卷期： 2023 年 16 期

页码：

收录情况： 北大核心（2020版） ; ; CSCD（2023-2024年度） ; ; 科技核心（2023版） ; ; 农林核心（2020版）

摘要： [目的]我国玉米主产区多分布在干旱和半干旱的雨养农业地区,干旱造成的玉米减产严重威胁国家粮食安全.作为异花授粉作物,开花期是玉米对干旱最为敏感的时期,干旱引起的散粉吐丝花期不遇将导致严重的产量损失.因此,挖掘花期抗旱基因,并研究其功能,将为玉米抗旱种质改良和品种培育提供理论支撑和基因资源.[方法]采取生物信息学方法,对玉米基因组中24个ZCN基因(拟南芥FT的同源基因)的同源关系进行分析.利用qRT-PCR和活体GFP荧光成像试验分析ZCN7的组织表达模式.选取118份玉米多样性自交系,在北京(2021和 2022年)和新疆乌鲁木齐(2022年)3个环境下开展不同水分处理的玉米开花期性状调查,采用PCR扩增和Sanger测序方法对ZCN7及上下游区域的遗传变异进行检测,利用混合线性模型开展散粉-吐丝间隔的候选基因关联分析获得显著关联的遗传位点,同时,取花期叶片组织进行ZCN7表达量检测,分析显著位点不同单倍型自交系中散粉-吐丝间隔及ZCN7表达量的差别.构建Ubi1:ZCN7的过表达转基因玉米植株,在大田环境开展不同水分处理下的开花期鉴定和产量及相关性状的鉴定,分析ZCN7的花期抗旱功能.[结果]玉米 24 个ZCN基因被分为 15 个FT类基因、6 个TFL1 类基因和 3 个MFT类基因,编码的蛋白长度为 111-193 个氨基酸,其中,ZCN7 与ZCN8的亲缘关系最近,二者蛋白序列的相似性为83.33%.组织表达分析结果表明,ZCN7在V12期表现出表达峰值,并且ZCN7的启动子在成熟的拟南芥叶片边缘高表达.候选基因关联分析发现位于ZCN7起始密码子前1 001 bp的一个SNP位点具有最显著的关联信号,该位点AA和GG单倍型分别包含 78 和 27 个自交系,干旱条件下,A/A单倍型自交系的散粉-吐丝间隔显著小于G/G单倍型,并且A/A单倍型的玉米ZCN7表达量显著高于G/G单倍型.对ZCN7过表达转基因玉米的田间表型鉴定,表明干旱和正常水分条件下转基因玉米的散粉-吐丝间隔均小于野生型,其中,干旱条件下,OE1散粉-吐丝间隔较野生型缩小 2.3 d,OE2 较野生型缩小 2.6 d;并且,在干旱条件下,转基因玉米的单株产量和单株籽粒数均显著高于野生型,而百粒重、粒长、粒宽等性状没有显著差异.[结论]玉米ZCN7正调控玉米的抗旱性,其过表达能够缩短干旱下的散粉-吐丝间隔,并增加籽粒产量.

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