一个新的玉米叶片类病斑突变体的鉴定、遗传分析与基因定位

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玉米干物质积累的能量主要来源是叶片的光合作用,叶片上出现坏死斑点不仅会减少叶片的有效光合面积直接影响光合作用,也会引起植株自身其他生理生化反应间接影响植物光合作用,因此对导致叶片产生斑点的基因进行定位、分析,对玉米生产具有重要的理论意义和应用价值。本研究以表现出叶片黑色坏死斑的玉米自交系ZNC442为材料,对该叶片黑色坏死斑的发生规律和表型进行鉴定和分析,以叶片表现正常的玉米自交系SCML7275作为另一个亲本,构建遗传分离群体,进行遗传分析并利用BSA混池测序对黑色坏死斑基因进行定位,所取得的主要研究结果如下:1.自交系ZNC442叶片黑色坏死斑主要分布于植株叶片上,苞叶、茎杆偶尔出现,在植株七叶一心时期开始出现,斑点初期呈黑色、轻微水渍状,周围围绕淡黄色晕圈,增长速度快。斑点在拔节期后逐渐成熟,纵向相邻的几个斑点可连接成近长方形的斑点,斑点中间有灰色或黄色的点,面积较初期明显增大,到植株抽雄期后,黑色坏死斑的面积及数量达到高峰并趋于稳定。2.对叶片病健交接处的坏死斑进行病菌分离、培养,得到霉菌和细菌。但叶片产生黑色坏死斑的部位没有相应分生孢子或混浊菌脓的出现,无任何与霉菌和细菌侵染相关的特征。同时,前期田间试验发现ZNC442叶片黑斑没有传染性。因此,导致ZNC442叶片产生黑色坏死斑的原因并非是病原菌的侵染。3.以ZNC442和SCML7275为亲本杂交得到的F1表型与SCML7275表现一致为正常绿色无斑点,构建ZNC442、SCML7275、F1、F2、B1和B2六个世代,F2代中黑斑表型和正常绿叶表型分离比约为3:1,BC1F1群体中黑斑表型和正常绿叶表型分离比约为1:1,以BC1F1中正常绿叶植株为亲本得到的BC2F1(BC1F1绿叶)黑斑表型和正常绿叶表型分离比约为1:1,经卡方检验符合孟德尔定律的理论值,遗传分析表明黑斑表型由隐性单基因控制。4.从BC1F1群体中选择30个发生黑色坏死斑的单株和30个正常绿叶单株分别构建混池并进行全基因组测序,运用BSA策略,将该基因定位于4号染色体上物理位置在113,56-115,02Mb之间大小约为1.46M的区域;利用该区段内在两个亲本间有多态性的标记对BC3F1群体中的隐性纯合单株进行检测,进一步将目标基因定位到4号染色体113,617,279-114,059,695之间,区间大小约为442Kb。该区段内有1个未被注释的候选基因Zm00001d050669。5.通过对其他玉米叶片斑点类病斑突变体表型等的统计,发现自交系ZNC442的黑色坏死斑表型特点与其他突变体的表型不同,且定位到的物理位置不一致,初步确定黑色坏死斑自交系ZNC442是一个新的玉米叶片类病斑突变体。6.研究推测Zm00001d050669可能为b ZIP转录因子超家族中的一员,b ZIP转录因子家族中不同亚族可分别行使不同的功能,包括参与逆境胁迫、种子发育、病菌防御、光信号转导、调控维管束发育等作用,通过比对Maize GDB数据库中在各部位的的表达量,推测Zm00001d050669可能是控制自交ZNC442叶片类病斑的基因。我们将其命名为les442(lesion mimic 442)。
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