检索
E-mail
RSS
高级检索 图表检索

当期目录 我要投稿 过刊浏览
高级检索 图表检索

作物杂志,2020, 第4期: 99–106 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2020.04.014

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

waxy基因功能标记开发及在糯玉米育种中的应用

袁文娅1(), 赵晓雷1(), 周旭梅2, 王磊3, 彭勃1(), 王奕1()   

  1. 1天津市农作物研究所/天津市农作物遗传育种重点实验室,300384,天津
    2丹东农业科学院,118109,辽宁凤城
    3邯郸市农业科学院,056001,河北邯郸
  • 收稿日期:2019-12-05 修回日期:2020-01-09 出版日期:2020-08-15 发布日期:2020-08-11
  • 通讯作者: 彭勃,王奕
  • 作者简介:袁文娅,主要从事作物遗传育种研究,E-mail： ywenya0916@163.com;|赵晓雷为共同第一作者,主要从事玉米分子育种研究,E-mail： xiaoleizhao1981@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(31601308);青年科研人员创新研究与实验项目(2018004);天津市自然科学基金(19JCZDJC34500);天津市农业科学院院长基金(17007);国家玉米产业技术体系(CARS-02-61)

The Development of waxy Gene Function Marker and Its Application in Waxy Maize Breeding

Yuan Wenya1(), Zhao Xiaolei1(), Zhou Xumei2, Wang Lei3, Peng Bo1(), Wang Yi1()   

  1. 1Tianjin Crop Research Institute/Tianjin Key Laboratory of Crop Genetics and Breeding, Tianjin 300384, China
    2Dandong Academy of Agricultural Sciences, Fengcheng 118109, Liaoning, China
    3Handan Academy of Agricultural Sciences, Handan 056001, Hebei, China
  • Received:2019-12-05 Revised:2020-01-09 Online:2020-08-15 Published:2020-08-11
  • Contact: Peng Bo,Wang Yi

RichHTML

3

PDF (PC)

417

摘要：

为利用分子标记辅助选择加快糯玉米种质资源改良进程,以糯玉米自交系云539和普通玉米自交系昌7-2为材料,通过DNA序列测定和分析,探明糯玉米自交系云539 wx基因属于wx-D7突变类型。根据2个自交系基因组序列差异,开发出waxy基因功能标记FMD7,并通过了表型验证和通用性验证。利用开发的基因功能标记FMD7进行分子标记辅助选择,结合产量、株型和品质性状分析,获得携带wx基因的优良昌7-2改良系6个。利用本研究开发的基因功能标记FMD7进行辅助选择可加快回交转育进程,提高育种效率,为选育高产糯玉米杂交种提供材料基础,同时也为分子标记辅助选择单基因或少数主效基因控制的性状提供理论参考。

关键词: 玉米, 基因, FMD7, 分子标记辅助选择

Abstract:

To accelerate the improvement of waxy maize germplasm resources by molecular marker-assisted selection, waxy maize inbred line Yun 539 and ordinary maize inbred line Chang 7-2 were used. Through DNA sequence analysis, it was found that the wx gene mutation of Yun 539 belongs to wx-D7 mutation. The waxy gene function marker FMD7 was developed based on sequence difference between the two inbred lines and it was identified through phenotypic verification and universal verification. By using the marker FMD7 for molecular marker-assisted selection combined with yield, plant type, and quality trait analysis, six excellent Chang 7-2 improved lines carrying wx gene were identified. The marker FMD7 developed in this study for molecular selection can speed up the process of backcross breeding, improve the breeding efficiency, and provide a material basis for breeding high-yielding waxy maize hybrids. At the same time, it provides a theoretical reference for molecular marker-assisted selection of traits controlled by single gene or a few major genes.

Key words: Maize, Gene, FMD7, Molecular marker-assisted selection

表1

分段扩增waxy基因的引物

编号
Number		 引物名称
Primer name		 5′-3′引物序列
5′-3′ primer sequence		 退火温度
Annealing temperature (℃)		 扩增条带长度
Length of amplify band(bp)
A-F Wxe3-7 GTCTTCTTCGTGCTCTTGCC 57.4 907
A-R GATGCCGTGGGACTGGTAG 58.2
B-F Wxe4-9 GTTGACCACCCACTGTTCCT 56.6 880
B-R ATGAGCTCCTCGGCGTAGTA 57.6
C-F Wxe7-10 AACTACCAGTCCCACGGCATCT 62.4 902
C-R CACGTCCTCCACCATCTCCAT 61.7
D-F Wxe9-13 TGCGAGCTCGACAACATCATGCG 70.9 1 344
D-R AGGGCGCGGCCACGTTCTCC 73.0
E-F Wxe11-14 GAGAAGTTCCCAGGCAAGGT 58.1 931
E-R AGCACAAGCAAGCAGCTACA 57.1

图1

云539 wx等位基因第7外显子-第7内含子30bp缺失和第10外显子序列

表2

功能标记FMD7的序列及退火温度

序号
Number		 引物
Primer		 5′-3′序列
5′-3′ sequence		 退火温度
Annealing
temperature (℃)
1 FMD7-F TACCAGTCCCACGGCATCTA 58.6
2 FMD7-R CACCACCACTACCAGACGAG 55.7

图2

云539糯质基因wx功能标记开发

表3

F2群体基因型与表型鉴定结果

基因型
Genotype		 籽粒数Kernel number X2 P
基因型鉴定
Genotype
identification		 表型鉴定
Phenotype
identification
wxwx 54 51 1.696 0.638
Wxwx 86 86
WxWx 47 46
其他Other 3 7

表4

供试玉米材料标记及糯性分析

编号Number 自交系Inbred line Wx/wx FMD7
1 昌7-2 Wx -
2 郑58 Wx -
3 w359 wx +
4 w360 wx +
5 云539 wx +
6 云413 wx +
7 98-1329 wx +
8 w441 wx -
9 w272 wx -
10 F002 wx +

图3

10份玉米自交系主要突变位点的序列变异 黑色虚线框为wx-D10类型突变位点,红色实线框为第7外显子区域

表5

6个昌7-2糯质改良家系及供体、轮回亲本间产量性状方差分析

变异来源
Variation source		 单株产量
Grain yield
per plant		 穗粗
Ear
diameter		 穗长
Ear
length		 穗行数
Row
number		 行粒数
Kernels
per row		 秃尖长
Bare tip
length		 轴粗
Shaft
diameter		 百粒重
100-kernel
weight		 出籽率
Rate of
seed
基因型Genotype 597.43** 0.04 0.75 4.57 45.14* 0.88** 0.11* 2.49** 0.59**
重复Repeat 9.00 2.00E-03 0.09 4.00 9.00 0.00 3.00E-03 0.30 9.00E-03
误差Error 66.14 0.11 3.26 4.00 6.71 0.04 0.02 0.34 0.08

表6

6个昌7-2糯质改良家系及供体、轮回亲本产量性状表现

编号
Number		 单株产量
Grain yield
per plant (g)		 穗粗
Ear diameter
(cm)		 穗长
Ear length
(cm)		 穗行数
Row
number		 行粒数
Kernels
per row		 秃尖长
Bare tip
length (cm)		 轴粗
Cob diameter
(cm)		 百粒重
100-kernel
weight (g)		 出籽率
Rate of
seed (%)
云539 Yun 539 60.0c 4.5 13.4 14.0 22d 1.5a 2.5ab 22.7bc 77.0b
昌7-2 Chang 7-2 88.0b 4.1 12.0 16.0 31bc 0.0b 2.2bc 22.8bc 88.0a
11 108.5ab 4.4 13.2 16.0 38ab 0.2b 2.4b 23.8ab 83.6ab
18 97.1b 4.3 13.1 16.0 27cd 1.5a 2.8a 24.8a 69.2c
24 119.1a 4.3 14.0 16.0 34ab 0.0b 2.5ab 25.2a 81.3ab
38 102.3ab 4.4 12.5 18.0 28bcd 0.0b 2.3bc 24.6a 79.9b
39 96.4b 4.3 13.5 18.0 30bc 0.0b 2.3bc 22.1c 80.9b
64 95.5b 4.1 13.1 14.0 30bc 0.5b 2.0c 24.0b 81.8ab

表7

6个昌7-2糯质改良家系及供体、轮回亲本株型性状方差分析

变异来源Variation source 株高Plant height 穗位高Ear height 雄穗长Tassel length 雄穗分枝数Tassel branch number 叶夹角Leaf angle
基因型Genotype 243.68** 157.85** 12.25 27.86 28.85**
重复Repeat 6.25 0.56 2.25 0.25 14.06
误差Error 19.39 5.71 3.96 11.68 2.78

表8

6个昌7-2糯质改良家系及供体、轮回亲本株型性状表现

编号
Number		 株高
Plant height (cm)		 穗位高
Ear height (cm)		 雄穗长
Tassel length (cm)		 雄穗分枝数
Tassel branch number		 叶夹角
Leaf angle (°)
云539 Yun 539 155.4b 62.2b 29.3 9.3 29.0a
昌7-2 Chang 7-2 185.4a 87.3a 22.2 19.3 21.0cd
11 184.0a 88.5a 23.3 18.2 18.5d
18 189.2a 88.2a 23.3 21.3 19.5cd
24 186.3a 87.4a 22.1 19.4 17.0d
38 188.3a 87.3a 22.3 19.2 24.5b
39 185.3a 87.5a 23.4 17.2 23.0cd
64 183.1a 83.0a 21.1 20.1 21.0cd
[1] Klösgen R B, Gierl A, Zsuzsanna S , et al. Molecular analysis of the waxy locus of Zea mays. Molecular and General Genetics, 1986,203(2):237-244.
[2] Nelson O E, Rines H W . The enzymatic deficiency in the waxy mutant of maize. Biochemical and Biophysical Research Communications, 1962,9:297-300.
[3] Liu F S, Makhmoudova A, Lee E A , et al. The amylose extender mutant of maize conditions novel protein-protein interactions between starch biosynthetic enzymes in amyloplasts. Journal of Experimental Botany, 2009,60(15):4423-4440.
[4] Wessler S R, Baran G, Varagona M , et al. Excision of Ds produces waxy proteins with a range of enzymatic activities. The EMBO Journal, 1986,5(10):2427-2432.
[5] 李余良, 索海翠 . 鲜食玉米胚乳突变基因及其分子育种研究进展. 中国农学通报, 2019,35(19):21-27.
[6] 刘坚 . 中国糯玉米多样性中心及胚乳突变型基因内分子标记策略研究. 雅安:四川农业大学, 2007.
[7] 宁洽, 刘文国, 杨伟光 , 等. SNP标记在玉米研究上的应用进展. 玉米科学, 2017,25(1):57-60.
[8] 从春生, 李永祥, 李春辉 , 等. 分子标记辅助选择玉米杂种后代创新种质方法研究. 中国农业科学, 2016,49(20):3874-3885.
[9] Bonnecarrere V, Rosas J, Ferraro B . Economic impact of marker-assisted selection and rapid generation advance on breeding programs. Euphytica, 2019,215(12):197-215.
[10] Sarankumar C, Bharathi P, Karthikeyan A , et al. Marker-assisted selection to pyramid the opaque-2 (O2) and β-Carotene (crtRB1) genes in maize. Frontiers in Genetics, 2019,10:859.
[11] Francia E, Tacconi G, Crosatti C , et al. Marker assisted selection in crop plants. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2005,82(3):317-342.
[12] 刘纪麟 . 玉米育种的策略. 玉米科学, 2003(S2):54-57.
[13] 宋同明 . 糯玉米与WX基因. 玉米科学, 1993,1(2):1-2,25.
[14] 徐春艳, 陈亭亭, 李松 , 等. 糯玉米waxy基因序列特征分析及分子标记开发. 分子植物育种, 2015,13(3):531-540.
[15] Lyons J B . Irish medicine's appeal to Rockefeller. 1920s. Irish Journal of Medical Science, 1997,166(1):50-56.
[16] Munroe D J . IRS-bubble PCR:an effective method for representative amplification of human genomic DNA sequences from complex sources. Methods:A Companion to Methods in Enzymology, 1996,9(1):106-112.
[17] Yandell D W, Dryja T P, Little J B . Molecular genetic analysis of recessive mutations at a heterozygous autosomal locus in human cells. Mutation Research, 1990,229(1):89-102.
[18] Vanessa D, Maselli R A . Common founder effect of rapsyn N88K studied using intragenic markers. Journal of Human Genetics, 2004,49(7):366-369.
[19] Yahiaoui N, Srichumpa P, Dudler R , et al. Genome analysis at different ploidy levels allows cloning of the powdery mildew resistance gene Pm3b from hexaploid wheat. The Plant Journal, 2004,37(4):528-538.
[20] Tommasini L, Yahiaoui N, Srichumpa P , et al. Development of functional markers specific for seven Pm3 resistance alleles and their validation in the bread wheat gene pool. Theoretical and Applied Genetics, 2006,114(1):165-175.
[21] 王洪振, 包朝亚, 程军 , 等. 玉米中功能标记的开发与应用研究进展. 分子植物育种, 2016,14(9):2460-2465.
[22] 陈秀华, 于丽娟, 罗黎明 , 等. 玉米分子标记辅助育种及标记开发研究进展. 中国农业科技导报, 2016,18(1):26-31.
[23] 卢振宇, 李明顺, 谢传晓 , 等. 玉米叶片DNA快速提取方法改进研究. 玉米科学, 2008,16(2):50-53,55.
[24] Nadia A A, Hanaa A O . Extraction of high-quality genomic DNA from different plant orders applying a modified CTAB-based method. Aboul-Maaty and Oraby Bulletin of the National Research Centre, 2019,43(1):43-25.
[25] 刘坚 . 玉米分离群体中糯质基因(waxy)和超甜基因(shrunken-2)基因的特异PCR鉴定. 雅安:四川农业大学, 2004.
[26] 彭勃, 赵晓雷, 付从贵 , 等. 玉米胚乳DNA的快速提取方法及其在wx基因分子标记辅助选择中的应用. 分子植物育种, 2014,12(5):992-999.
[27] 石云素 . 玉米种质资源描述规范和数据标准. 北京: 中国农业出版社, 2006: 14-23.
[28] 姚坚强, 鲍坚东, 朱金庆 , 等. 中国糯玉米wx基因种质资源遗传多样性. 作物学报, 2013,39(1):43-49.
[29] Fan L J, Quan L Y, Leng X D , et al. Molecular evidence for post-domestication selection in the waxy gene of Chinese waxy maize. Molecular Breeding, 2008(3):329-338.
[1] 王莉, 王作平, 张中保, 白玲, 吴忠义. 玉米早期籽粒中强表达启动子的筛选[J]. 作物杂志, 2020, (4): 114–120
[2] 李强, 孔凡磊, 袁继超. 年际气象差异对西南丘陵区玉米物质积累与产量的影响[J]. 作物杂志, 2020, (4): 150–157
[3] 郑飞, 汪丽霞, 刘瑞响, 孔令杰, 陈艳萍, 袁建华, 崔亚坤. 淹水胁迫下玉米自交系苗期的形态生理差异[J]. 作物杂志, 2020, (4): 158–163
[4] 刘东军, 宋维富, 杨雪峰, 赵丽娟, 宋庆杰, 张春利, 辛文利, 肖志敏. 小麦Fhb1基因定位、克隆及其在抗赤霉病育种中利用的研究进展[J]. 作物杂志, 2020, (4): 16–20
[5] 宋秋来, 王麒, 冯延江, 孙羽, 曾宪楠, 来永才. 寒地水旱轮作及秸秆还田对土壤相关酶活性的影响[J]. 作物杂志, 2020, (3): 149–153
[6] 刘见, 孙彬, 张伟强, 冯晓曦, 张寄阳, 宁东峰, 秦安振, 刘战东, 乔淼, 沈红丽, 徐燕. 夏玉米粒收质量及水分利用效率的化学调控效应研究[J]. 作物杂志, 2020, (3): 161–168
[7] 孟峰, 张亚玲, 靳学慧. 黑龙江省稻瘟病菌无毒基因的检测[J]. 作物杂志, 2020, (3): 197–200
[8] 段俊枝, 齐学礼, 冯丽丽, 张会芳, 孙岩, 燕照玲, 陈海燕, 齐红志, 樊文杰, 杨翠苹, 刘毓侠, 任银玲, 张甲源, 李莹, 卓文飞. 抗旱基因在小麦抗旱基因工程中的应用进展[J]. 作物杂志, 2020, (3): 7–15
[9] 李瑞杰,唐会会,王庆燕,许艳丽,房孟颖,闫鹏,董志强,张凤路. 5-氨基乙酰丙酸和乙烯利复配剂对东北春玉米光合特性及产量的影响[J]. 作物杂志, 2020, (2): 125–133
[10] 陈迪文,周文灵,敖俊华,黄莹,江永,韩西红,秦益民,沈宏. 海藻提取物对甜玉米产量、品质及氮素利用的影响[J]. 作物杂志, 2020, (2): 134–139
[11] 严华,晏中文,雷杰. 新源县1981-2018年气候变化特征及其对春玉米的影响[J]. 作物杂志, 2020, (2): 140–146
[12] 周伟,崔福柱,段宏凯,郝国花,杨慧,刘芮芮. 播期对糯玉米籽粒产量及品质的影响[J]. 作物杂志, 2020, (2): 156–161
[13] 张晓玉,张亚玲,靳学慧,闫天雨,赵泽. 稻瘟病菌杂交后代致病性遗传分析[J]. 作物杂志, 2020, (2): 182–187
[14] 赵训超,徐晶宇,盖胜男,魏玉磊,许晓萱,丁冬,刘梦,张今杰,邵文静. 高粱硬脂酰-ACP脱氢酶基因（SbSAD）家族鉴定及不同发育阶段表达分析[J]. 作物杂志, 2020, (2): 20–27
[15] 卫晓轶,王稼苜,马毅,马俊峰,洪德峰,魏锋. 玉米机械化籽粒收获组合鉴定与主成分分析[J]. 作物杂志, 2020, (2): 48–53
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!