玉米籽粒缺陷突变基因dek54的精细定位及候选基因分析

• 作者: 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
• 来源期刊: 作物学报
• 关键词: 玉米 defective kernel 54 籽粒发育 精细定位
• 年，卷（期）: 2021,（10）
• 所属期刊栏目: 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
• 页码范围: 1903-1912
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.03060

摘要

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defective kernel 54 (dek54)。dek54表现出成熟籽粒变小、皱缩、颜色发白等特征; 遗传分析表明dek54是一个单基因控制的隐性突变体。石蜡切片显示dek54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dek54淀粉粒周围蛋白体比野生型少且排列疏松。dek54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dek54单株, 把dek54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Zm00001d019294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Zm00001d019294导致该突变表型。Dek54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dek54在玉米籽粒发育的分子机制奠定了重要基础。