摘要: 玉米是我国第一大粮食作物，同时也是重要的饲料作物和工业原料，对保障粮食安全和促进国民经济发展具有重大作用。土壤盐渍化是限制玉米生产发展的主要因素之一。根系是植物吸收水分与营养的主要器官，与土壤直接接触，是植物应对盐胁迫等逆境危害的... 展开 玉米是我国第一大粮食作物，同时也是重要的饲料作物和工业原料，对保障粮食安全和促进国民经济发展具有重大作用。土壤盐渍化是限制玉米生产发展的主要因素之一。根系是植物吸收水分与营养的主要器官，与土壤直接接触，是植物应对盐胁迫等逆境危害的第一道防线。挖掘根系发育和耐盐的关键基因，对玉米根系的遗传改良具有重要的理论和实践意义。本研究以319份来源广泛的玉米自交系为材料，研究了盐胁迫调控玉米苗期根系构型的遗传机制，并对关键基因进行了初步验证。主要研究结果如下: 1.在正常和盐胁迫条件下对319份自交系的主胚根长、总根长、根干重等18个苗期性状进行表型鉴定，各性状均存在广泛的表型变异，变异系数均超过10％，变化倍数在2.08-68.92之间;方差分析结果显示，所有性状在基因型间、处理间和基因型×处理均存在显著差异。利用覆盖全基因组的163，930个高质量SNP标记对正常和盐胁迫条件下18个性状进行全基因组关联分析，共检测到192个显著SNP，其中正常条件下定位到79个显著SNP，单个位点可解释6.01％-22.73％的表型变异;盐处理条件下定位到113个显著SNP，单个位点可解释6.87％-24.17％的表型变异。参照B73基因组信息，对关联分析结果进行基因注释，在显著SNP上下50 Kb范围内共检测并注释到539个基因。在二号染色体上定位到一个与主胚根长相关的位点，基因注释发现候选基因GRMZM2G325131编码一个与邻氨基苯甲酸合成酶β亚基同源的蛋白，在依赖于色氨酸的生长素生物合成通路的上游发挥功能;在第一染色体上定位到一个与盐胁迫下根系直径显著关联的位点，候选基因GRMZM2G480386属于YUCCA基因家族，在依赖于色氨酸的IAA生物合成中发挥功能。 2.在319份玉米自交系、71份地方品种和32份大刍草群体中，对GRMZM2G325131基因全长及其上下游调控区序列进行重测序，测序全长9204 bp，共检测到903个SNP和252个Indel。在自交系群体对GRMZM2G325131开展候选基因关联分析，共检测到6个变异位点与主胚根长显著关联，可以将自交系群体划分为4种单倍型，单倍型间主胚根长存在显著差异(P=1.1e-07);GRMZM2G325131的基因表达量与主胚根长呈显著正相关(r=0.65)，利用SNP453和Inde1959划分单倍型，单倍型GT的主胚根长和表达量显著高于单倍型T-，SNP453和Inde1959可能是该基因的功能位点;在玉米驯化改良过程中，单倍型GT的频率逐渐增加，从28％增加到86％。从玉米自交系B73中克隆GRMZM2G325131基因的全长cDNA序列897 bp，构建过表达载体，目前正在拟南芥和玉米中进行转化，为进一步探究GRMZM2G325131影响玉米根系伸长的分子机制创建超表达材料。 3.在自交系、地方品种和大刍草群体中，对GRMZM2G480386基因全长及其上下游调控区序列进行重测序，测序全长5684 bp，共检测到578个SNP和180个Indel。在自交系群体中，GRMZM2G480386候选基因关联分析共检测到5个与盐胁迫下根系直径相关的显著SNP，将自交系群体划分成3种单倍型，单倍型间根系直径存在显著差异(P=4.6e-04)。根据SNP-1998、SNP-1975和SNP-1919划分单倍型，在盐处理条件下单倍型CCC根系直径显著高于单倍型TTA; SNP1549-G根系直径显著高于SNP1549-C;SNP2638-T根系直径显著高于SNP2638-C。在玉米驯化改良过程中，单倍型CCC、SNP1549-G和SNP2638-T均受到正向选择，基因频率都表现为逐渐增加。 收起