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日常饮食中持续性摄入生育酚对人体健康有益。和水稻、小麦相比,玉米籽粒中生育酚含量相对较高。虽然拟南芥中参与生育酚合成和代谢的遗传机制研究进展较多,但是玉米中相关研究还十分匮乏。本研究通过3个双亲本的连锁分析群体定到了 1个控制玉米籽粒生育酚含量的主效QTL(qVE5)。并对qVE5进行了精细定位和克隆,并解析其功能,主要结果如下:1.主效 QTL 的克隆:结合 3 个 RIL 群体(B73/BY804:BB、K22/CI7:KC 和ZONG3/Yu87-1:ZY)高密度的分子标记遗传连锁图和3个环境中成熟籽粒生育酚的含量,进行QTL定位分析,检测到影响籽粒γT和总生育酚含量的位于5号染色体主效QTL(qVE5)。在不同群体和环境中,qVE5可解释yT 9.75%到42.47%表型变异率。利用KC群体的剩余杂合材料(HZAU-1171)发展NIL群体,将qVE5定位到170-kb的基因间区段,该区间内只有1个预测的基因GRMZM2G073351,编码原叶绿素酸酯还原酶B(ZmPORB2)。2.转基因实验证明ZmPORB2可以提高叶片和籽粒生育酚的含量:ZmPORB2阳性转基因植株和空载体转基因对照株相比,ZmPORB2表达量在3个独立的阳性转基因T1代家系中有着5到8倍的提高。并且,γT、αT和总生育酚含量在6叶期的叶片中提高了 28.11%到50.59%,以及在成熟籽粒中提高了18.12%到 19.24%。3.ZmPORB2进化具有保守性:PORs基因家族分析表明原叶绿素酸酯还原酶(PORs)在高等植物中有着很强的保守性。亚细胞定位将ZmPORB2蛋白定位于叶绿体中。在光照培养箱中进行24小时长短光照实验表明ZmPORB2在光照条件下表达量增加,在黑暗条件下受到了抑制。这些结果都表明ZmPORB2和其他高等植物中的编码光依赖原叶绿素酸酯还原酶B的基因(PROB)的功能相似。4.InDe1058通过影响ZmPORB2的表达量进而影响籽粒生育酚的含量:在508份自交系中进行ZmPORB2的重测序,在ATG上游59bp位置(位于5’ UTR)鉴定到1个0/5/8 bp的InDel(InDe1058),它与籽粒的γT和总生育酚含量显著相关(P=3.67E-13和P=1.81E-13)。分析368份玉米授粉后15天籽粒的表达数据发现:ZmPORB2的mRNA转录水平和籽粒总生育酚含量呈正相关,同时与InDe1058显著相关,说明InDe1058可能是功能位点,通过影响ZmPORB2基因转录而影响生育酚表型。5.籽粒生育酚的积累与植物光合组织有关:对ZmPORB2近等基因系两基因型“K22”和“CI7”的自交和互交收获的籽粒进行3种生育酚性状(γT、αT和总生育酚)测定。发现来自相同基因型(“K22”或“CI7”)植株的自交和互交杂合籽粒的3种生育酚性状没有区别;而来自于不同基因型(“K22”或“CI7”)植株,不管是自交籽粒间或者互交杂合籽粒间都有着显著的差别;HZAU-1171材料的后代检验表明杂合基因型植株的自交籽粒的3种生育酚含量为中亲值,区别于两种纯合基因型的材料。这表明植株的基因型而不是当代籽粒的基因型影响籽粒的生育酚含量积累,也意味着ZmPORB2可能是通过植株的光合组织发挥作用。6.授粉后植株穗位叶的生育酚含量和ZmPORB2表达量都有剧烈的变化:对ZmPORB2近等基因系两基因型“K22”和“CI7”植株一半进行自交授粉处理,另外一半对穗子进行套袋不授粉处理。分别观察其变化,授粉后20天内籽粒和未授粉植株穗位叶的ZmPORB2表达量都没有任何变化,未授粉的植株穗位叶的ZmPORB2表达量远高于同时间点籽粒中该基因表达量。与其完全不同的是,植株穗位叶中ZmPORB2表达量在授粉后显著升高,在第8天时达到了最高值。未授粉植株穗位叶生育酚含量变化与ZmPORB2表达量变化相似没有任何波动。而植株穗位叶生育酚含量在授粉后与ZmPORB2表达量有相同的趋势,快速增加到最高值后下降。7.ZmPORB2参与叶绿素的代谢途径和生育酚的生物合成途径:授粉后20天内的授粉或未授粉植株穗位叶片的叶绿素的含量非常稳定无差异。授粉或未授粉NIL的2种纯合基因型植株穗位叶的原叶绿素酸酯的含量也没有显著变化。叶绿素酸酯在不同处理下的2种基因型植株之间的穗位叶的含量都了显著的差别。授粉植株穗位叶的原叶绿素酸酯和叶绿素酸酯的含量要比未授粉植株穗位叶的含量有了显著的提高。而不同处理下和不同基因型植株穗位叶的叶绿素分解产物(脱镁叶绿酸)没有任何变化和差异。授粉植株穗位叶片的植醇含量相比未授粉植株穗位叶片的含量有了明显的提高。但是只在授粉植株的2种基因型间才有差别。玉米中叶绿素合成酶的基因(CHLG)在授粉后20天内的表达模式和ZmPORB2的高度的相似。这些数据表明ZmPORB2是可能参与调控叶绿素和生育酚的合成。8.授粉后,叶绿素释放的Phytol进入生育酚的合成途径,不仅影响叶片中生育酚的合成也影响了籽粒中生育酚的积累。