【摘 要】
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玉米是重要粮饲兼用作物,其籽粒大小是影响产量的重要因素。玉米籽粒属于胚乳型种子,淀粉占胚乳重量的90%,淀粉的充实程度直接影响籽粒的重量。因此,研究玉米籽粒发育对提高玉米产量和指导品种选育具有重要意义。本研究对课题组在育种过程中获得一个玉米籽粒自然突变体suk1（sunken kernel 1）进行表型分析、生理生化分析、遗传分析、组织切片观察、基因定位以及对突变基因进行表达分析等工作,主要结果如
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玉米是重要粮饲兼用作物,其籽粒大小是影响产量的重要因素。玉米籽粒属于胚乳型种子,淀粉占胚乳重量的90%,淀粉的充实程度直接影响籽粒的重量。因此,研究玉米籽粒发育对提高玉米产量和指导品种选育具有重要意义。本研究对课题组在育种过程中获得一个玉米籽粒自然突变体suk1（sunken kernel 1）进行表型分析、生理生化分析、遗传分析、组织切片观察、基因定位以及对突变基因进行表达分析等工作,主要结果如下:（1）突变体性状分析:suk1和野生型籽粒在授粉后20 d开始出现差异,表现为suk1籽粒顶部膨大饱满,野生型籽粒顶部开始凹陷,而suk1成熟籽粒表现为顶部深度凹陷,野生型籽粒凹陷程度较浅。suk1的胚和胚乳都能正常发育,但与野生型相比百粒重低15.8%,发芽率降低5%,suk1幼苗稍弱,而成熟期植株表型与野生型无差异。suk1籽粒鲜重和体积在授粉后20 d、25 d和30 d显著高于野生型,而在授粉后45 d显著低于野生型;籽粒干重授粉后各时期均显著低于野生型。suk1成熟籽粒中胚乳细胞小于野生型,淀粉粒表面皱缩凹陷。淀粉形成和积累受阻,淀粉含量显著降低。（2）突变基因定位与变异分析:构建suk1与B73、W22和Mo17三种不同遗传背景的F2群体,通过遗传规律分析,证明suk1的表型受隐性单基因控制。用B73、suk1和F2隐性池进行BSA测序分析,将突变基因初步定位在9号染色体0～30 Mb之间,开发Indel标记进一步精细定位,将突变基因定位在标记In10.86和In10.96之间100 Kb范围内,其中包括5个候选基因。通过候选基因功能分析、RNA-seq结果分析、q RT-PCR结果分析和等位基因验证,证明Zm00001d045042为目的基因,并且突变基因为Sh1的新等位基因。突变发生在Zm00001d045042第8外显子的4个碱基（ATTC）缺失,导致终止密码子提前出现,最终使蔗糖合成酶活性降低。（3）淀粉合成基因表达分析:通过对野生型和suk1授粉后不同天数的籽粒中Mn1、Sus1、Su1、Sbe3、Bt2和Sh2的表达水平进行q RT-PCR分析,suk1籽粒中Mn1,Sus1、Su1、Sbe3、Bt2和Sh2的表达水平都显著提高。Sh1突变导致蔗糖合成酶活性降低,蔗糖含量升高,影响了淀粉的合成,但与淀粉合成相关基因的上调表达,弥补了一部分Sh1突变引起的淀粉合成缺陷。
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