DLF1在调节玉米花期中的应用

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玉米(Zea mays L.)是我国第一大粮食作物,籽粒被广泛利用于各种加工食品中。随着养殖业以及畜牧业的发展,全株玉米被越来越多的利用于畜牧饲料中。所以,提高玉米产量及品质对提高玉米在饲料加工等领域的使用具有重要意义。目前,依靠生物技术育种来实现对新品种的挖掘或现有品种的进一步改良越来越普遍。先玉335是我国推广面积比较广泛的玉米品种,父本是PH4CV,母本是PH6WC。具有熟期适宜,产量高,籽粒品质好,适合机械化收获等优点。主要在我国北方春播玉米区种植,近些年来,推广到黄淮海地区进行夏季播种。由于先玉335属于热敏感玉米品种,黄淮海地区的高温会影响花粉、花丝发育,进而导致产量降低。花期推迟1到2周,或许能够避开散粉吐丝期经历高温,减少高温对产量造成的影响。另外,玉米适当晚花带来的生物量增加,也为青贮玉米育种提供了新思路。本研究着重关注DLF1(delayed flowering 1)基因,它是玉米中重要的花期调控基因之一,具有碱性亮氨酸拉链结构域,属于b ZIP转录因子。DLF1功能丧失理论上会出现延迟开花的表型。本研究中,选取PH4CV、PH6WC、郑58、昌7-2为转化受体,利用CRISPR/Cas技术获得DLF1功能丧失的突变体。确认是否获得晚花且生物量增加的突变体植株。本论文主要结果如下:(1)利用CRISPR/Cas技术分别在PH4CV、PH6WC、郑58、昌7-2四个自交系背景下都获得了突变体。不同遗传背景下的阳性率、编辑率有所不同。其中,郑58自交系背景获得阳性苗43株,编辑苗18株;昌7-2只获得1株阳性苗;PH6WC自交系背景获得阳性苗6株,4株编辑苗;PH4CV自交系背景获得阳性苗23株,17株编辑苗。(2)所有自交系所获得的的纯合突变体相较于野生型散粉时间延迟8-18天;叶片数增加4-5片,主要表现为穗下叶片数的增加;株高增加20-60 cm,主要表现为穗位高的增加。PH4CV×PH6WC杂交种纯合突变体相较于野生型散粉时间延迟10-18天左右,吐丝期延迟15-22天,株高增加40-60 cm,主要表现为穗位高的增加。(3)郑58纯合突变体相较于野生型,穗直径减少2-3 mm,穗长减少1-2 cm,行粒数减少4-5粒,百粒重减少3-7 g,穗粒重减少15-18 g。(4)dlf1突变体出现雌雄间隔期增大的现象。为了探索这一表型产生的原因,首先,验证没有脱靶。其次,检测部分可能作为DLF1的潜在下调靶点或相互作用因子的Zm MADS以及Zm ZCN基因家族成员在纯合突变体中的表达量,发现部分ZmMADS基因因敲除DLF1而表达量下降,猜想可能是因为DLF1功能丧失对下游基因造成的影响太过剧烈而导致雌雄间隔期增大。综上所述,利用CRISPR/Cas技术获得了DLF1功能丧失的突变体。农艺性状调查后证实得到了花期推迟且生物量增加的植株,但由于突变体雌雄间隔期增大以及环境原因导致产量降低。需要找到方法解决这一问题。但本研究为先玉335玉米品种改良以及青贮玉米的选育提供了一种可供思考的新思路。
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