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作物杂志,2025, 第4期: 41–48 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.04.005

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

du1新等位变异的克隆及其分子标记的开发

史亚兴1(), 刘俊玲1(), 朱贵川1,2, 赫忠友3, 刘辉1, 樊艳丽1, 徐丽1, 卢柏山1(), 赵久然1, 骆美洁1()   

  1. 1北京市农林科学院玉米研究中心/玉米DNA指纹及分子育种北京市重点实验室，100097，北京
    2北京农学院，102206，北京
    3海南绿川种苗有限公司，571100，海南海口
  • 收稿日期:2024-07-08 修回日期:2024-09-10 出版日期:2025-08-15 发布日期:2025-08-12
  • 通讯作者: 骆美洁，主要从事玉米分子育种研究，E-mail：mjluo108@163.com；卢柏山为共同通信作者，主要从事鲜食玉米育种研究，E-mail：maizelu@126.com
  • 作者简介:史亚兴，主要从事鲜食玉米育种研究，E-mail：syx209@163.com；|刘俊玲为共同第一作者，主要从事玉米分子育种研究，E-mail：ljl18813188507@163.com
  • 基金资助:
    北京市农林科学院创新能力建设专项(KJCX20240408)

Cloning of the du1 Novel Allelic Variant and the Development of Its Molecular Markers

Shi Yaxing1(), Liu Junling1(), Zhu Guichuan1,2, He Zhongyou3, Liu Hui1, Fan Yanli1, Xu Li1, Lu Baishan1(), Zhao Jiuran1, Luo Meijie1()   

  1. 1Maize Research Center, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Beijing Key Laboratory of Maize DNA Fingerprinting and Molecular Breeding, Beijing 100097, China
    2Beijing University of Agriculture, Beijing 102206, China
    3Hainan Lüchuan Seed Co., Ltd., Haikou 571100, Hainan, China
  • Received:2024-07-08 Revised:2024-09-10 Online:2025-08-15 Published:2025-08-12

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PDF (PC)

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摘要：

爽甜糯玉米是一种玉米新种质，其胚乳特性由糯基因和甜质基因共同控制，但甜质基因尚未被定位和克隆。本试验结果表明，爽甜糯（XT）玉米的自然晾干籽粒可溶性糖含量为62.82 mg/g，显著高于普通玉米的19.32 mg/g，但低于普甜（su1）玉米的110.9 mg/g。利用BSR-seq技术及基于籽粒皱缩特征将XT玉米中甜质基因定位到10号染色体24~68 Mb区间。比较XT玉米与普通玉米B73中候选基因Du1的全长DNA序列，发现XT玉米中du1基因在第3外显子的1455 bp位置后有5839 bp的Gypsy类LTR反转座子插入。cDNA序列分析发现，XT玉米中du1基因的转座子插入序列被大片段转录，导致转录本异常，故确定为甜质调控关键基因。该基因是du1突变体的一个新等位变异，针对基因突变位点开发的KASP分子标记能够高效区分du1du1、du1Du1和Du1Du1 3种基因型。

关键词: 玉米, du1新等位变异, BSR-seq, 反转座子插入, KASP分子标记

Abstract:

The “Shuang Tian Nuo” maize is a new type of maize germplasm, whose endosperm characteristics are jointly controlled by the waxy gene and the sweet gene. However, the sweet regulation gene has not yet been located and cloned. The results showed that the soluble sugar content of the naturally air-dried grains of “Shuang Tian Nuo” maize XT was 62.82 mg/g, significantly higher than the 19.32 mg/g of ordinary maize, but lower than the 110.9 mg/g of sugary (su1) maize. Using BSR-seq technology and based on the wrinkled grain phenotype, the sweet regulatory gene of XT maize was mapped to the 24-68 Mb interval on chromosome 10. By comparing the full-length DNA sequence of the candidate Du1 gene in XT maize and ordinary maize B73, a 5839 bp Gypsy-like LTR retrotransposon insertion was found after the 1455 bp position in the third exon of the du1 gene in XT maize. cDNA sequence analysis revealed that the transposon insertion sequence in the du1 gene of XT maize was transcribed in large segments, resulting in abnormal transcripts. So it was determined as the key gene for sugary quality regulation. This gene is a new allelic variant of the du1 gene, and the KASP molecular marker developed for its mutation site can efficiently distinguish between du1du1, du1Du1, and Du1Du1 three genotypes.

Key words: Maize, New du1 allelic variation, BSR-seq, Retrotransposon insertion, KASP molecular marker

表1

du1基因DNA扩增引物

引物名称Primer name 5′→3′
DU3F CGTTTGCTGGGAAGTGGTTC
DU3R AGTCTTGGCGCATAGTTGCT
DU4F GCTCCAAGAAGAGCGAACAC
DU4R ATAGCCAGCAACGGATTGGATT
DU5F TCCAATCCGTTGCTGGCTAT
DU5R GCCACAGCTGATAGATCACGA
DU6F CGTGATCTATCAGCTGTGGC
DU6R AGCAGGGCAAACGGTATTCT
DU7F GACCATTTGGGCCATTCATCAC
DU7R AGCACGTGAAAGACTAGTGAC
DU8F GGCACCAATCGCAAAGGTTA
DU8R GAGGGCTTCCCTTGCTGTATTT
DU9F GCCTTTCCTATTTGGCAGCAC
DU9R TTTTCCTTGTGTAGCCAGGCA
DU10F GCGAAGTTGCACTGTTAGCTT
DU10R TGTCAGGCGAGTGACGATTC
DU11F GATGTCCCCGTCGTAGGAAT
DU11R TACATTGGCCGTTGGTTGGAT
DU12F CAACCAACGGCCAATGTAGT
DU12R GGGTGAGAAGACAAAGATACCCT

表2

du1基因cDNA扩增及KASP分子标记的引物

引物名称Primer name 5′→3′
cDNA扩增cDNA amplification
DU3F CGTTTGCTGGGAAGTGGTTC
DU4R ATAGCCAGCAACGGATTGGATT
DX18F ATAGTTCACTTCCCTGAGCC
DX6R TCAACGCTGCCATCATAGGT
DX16F CAAGTCCCGTCATATGTGCT
DX4R AGATGAATGCGGTGGTCGTAG
DX10F CTACGACCACCGCATTCATCT
DX2R TCAAGGTACCATCCTGGAGCT
DX6F TTGAGGTTGAGTATCGTCCG
DX1R GTAGTAGTCTGCCATTCTGGAC
DUX5F CTGCACGACGTATTTCATGTGG
DUX5R CCATTCTGTATGCCTGCTTAGG
DU6F CGTGATCTATCAGCTGTGGC
DU9R TTTTCCTTGTGTAGCCAGGCA
DX17F GTCACTAGTCTTTCACGTGCTG
DU11R TACATTGGCCGTTGGTTGGAT
KASP分子标记KASP molecular marker
AlleleX AAGAGAACCAACAATGGACTGGTG
AlleleY AAGAGAACCAACAATGGACTGGTC
Common1 TCCAATCCATCACCAGTTACGATAAACTA
Common2 TCCGTGGTAGGGATCGTATTCCTAT

图1

XT玉米籽粒表型特征和可溶性糖含量 (a) 自然晾干籽粒形态。(b) 籽粒透射光观察图。(c) 籽粒横剖面图。(d) 籽粒纵剖面图。标尺=1 cm。“*”代表P < 0.05，“****”代表P < 0.0001。

表3

自然晾干玉米籽粒的可溶性糖、总淀粉及直链淀粉含量

编号
Number		 样品名称（玉米类型）
Sample name (maize type)		 可溶性糖含量
Soluble sugar content (mg/g)		 总淀粉含量
Total starch content (mg/g)		 直链淀粉含量
Amylose content (mg/g)		 直链淀粉比例
Amylose ratio (%)
1 京724（普通玉米） 19.32±0.11d 537.20±3.00b 153.20±1.11b 29.50±0.18a
2 京2416（普通玉米） － 676.00±4.18a 172.80±1.33a 26.44±0.15b
3 SH251（超甜玉米） 192.80±2.59a[14] 229.60±3.38h 50.21±1.47c 22.62±0.47c
4 T9（普甜玉米） 154.30±2.63b[14] 524.40±2.96c 45.53±1.07d 8.98±0.19d
5 219M（糯玉米） － 502.20±3.79d 8.51±1.11f 1.75±0.22f
6 XT（爽甜糯玉米） 62.82±0.11c 460.60±1.24e 21.25±0.41e 4.78±0.08e
7 XT选系1 － 330.50±2.27g 7.66±0.72f 2.39±0.21f
8 XT选系2 － 387.00±1.07f 6.38±0.72f 1.70±0.19f
9 XT选系3 － 457.10±2.50e 6.80±0.84f 1.54±0.18f

图2

XT玉米甜质调控基因BSR-seq定位结果

图3

XT玉米与普通玉米B73中Du1基因DNA序列比较 (a) Du5F/Du5R引物对在XT玉米及其3个选系（XT1、XT2、XT3）与普通玉米B73间的扩增结果对比。

图4

XT玉米与普通玉米B73中Du1基因cDNA扩增产物比较 (a) cDNA扩增引物在du1基因上的位置。(b) cDNA分段扩增产物的差异比较。

图5

du1-KASP分子标记的基因分型检测结果 黑点为空白对照，红点为无插入突变的纯合基因型，蓝点为插入突变的纯合基因型，绿点为杂合基因型。

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