玉米籽粒缺陷突变基因dek54的精细定位及候选基因分析

周 练 刘朝显 陈秋栏 王文琴 姚 顺 赵子堃 朱思颖 洪祥德 熊雨涵 蔡一林

玉米籽粒缺陷突变基因的精细定位及候选基因分析

周 练 刘朝显 陈秋栏 王文琴 姚 顺 赵子堃 朱思颖 洪祥德 熊雨涵 蔡一林*

西南大学玉米研究所 / 农业科学研究院 / 南方山地作物逆境生物学国家级培育基地, 重庆 400715

玉米籽粒与产量和营养品质密切相关, 控制籽粒发育基因的功能研究对解析籽粒发育分子机制, 提高玉米产量, 改善籽粒营养品质提供重要依据。利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate, EMS)处理B73花粉, 筛选到一个玉米籽粒缺陷突变体()。表现出成熟籽粒变小、皱缩、颜色发白等特征; 遗传分析表明是一个单基因控制的隐性突变体。石蜡切片显示淀粉胚乳细胞形状不规则且排列致密, 扫描电镜观察成熟籽粒胚乳中心区域发现淀粉粒周围蛋白体比野生型少且排列疏松。成熟籽粒的总蛋白、醇溶蛋白、各氨基酸组分和全氮含量相比野生型都显著降低。利用F2分离群体中的1566个单株, 把定位在7号染色体标记SSR6和SSR7之间, 物理位置约为290 kb。该区间有3个基因, 基因测序发现基因第2个外显子上第351个碱基由G突变为A, 从而导致蛋白翻译的提前终止。该基因在玉米籽粒中特异性表达, 且在12 DAP (days after pollination)籽粒中表达量最高。通过CRISPR/Cas9系统进行靶向突变确定候选基因导致该突变表型。编码一个与ZmNRT1.5 (nitrate transporter)具有较高同源性的MFS (major facilitator superfamily)家族蛋白并定位在玉米原生质体的细胞质膜。该研究为揭示在玉米籽粒发育的分子机制奠定了重要基础。……