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中科院上海植生生态所在优质蛋白玉米胚乳修饰因子遗传解析取得新进展

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  优质蛋白玉米(QPM)是以o2突变体为基础选育的高赖氨酸硬质胚乳玉米,改善了非洲、亚洲等地的营养不良症。然而半个多世纪以来,优质蛋白玉米其籽粒由软质到硬质的选育过程中的遗传调控机制尚不清楚,大大限制了QPM玉米育种商业化的进程。
  研究发现优质蛋白玉米胚乳发育过程中,27-kD γ-zein的转录和蛋白表达水平是野生型和o2突变体的2-3倍,RNAi沉默发现优质蛋白玉米籽粒重新由硬质变为软质,因此深入解析27-kD γ-zein的调控因子(qγ27)将有助于我们了解优质蛋白玉米胚乳发育过程中的遗传调控机制。
  在此基础上,中科院上海植生生态所巫永睿研究组设计遗传实验证明了qγ27为顺式调控元件,属于基因剂量效应调控,随其剂量的增减影响其表达。利用热带、温带自然群体及B73×Mo17 (IBM) Syn10双单倍体群体,结合SDS-PAGE检测技术进行GWAS和QTL连锁和关联分析,同时构建(B73x Mo17)x B73回交群体锁定qγ27于100-kb区间范围。最后结合Mo17基因组和BAC库筛选测序,确定qγ27为包含27-kD γ-zein基因本身的一段15.26kb拷贝数变异调控。该拷贝片段内共有4个基因发生了复制,进而提高了其表达量。其祖先大刍草中即已存在此片段,在育种商业化过程中受到了明显的人工选择。在此基础上设计与qγ27紧密连锁的功能标记0707-1,利用不同的遗传群体和突变体自交系验证发现该标记与27-kDγ-zein基因蛋白表达正相关,为优质蛋白玉米分子标记育种提供了基础。
  研究成果以 “Gene duplication confers enhanced expression of 27-kDa γ-zein for endosperm modification in quality protein maize”为题于2016年4月19日在线发表于《美国科学院院刊》(PNAS)。

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