[发明专利]玉米低氮逆境下高籽粒数目优异等位基因功能分子标记开发与应用

说明书

技术领域

本发明涉及玉米低氮逆境下高籽粒数目优异等位基因功能分子标记开发与应用。

背景技术

玉米是重要的粮食、饲料和工业原料作物，在国民经济发展中占有重要地位。我国自2007年以来，玉米已是播种面积上的第一大作物。氮肥是玉米产量的重要的限制因素。然而，氮肥施用量上升的幅度远远大于玉米增产的幅度，我国玉米生产对氮肥的依赖强，氮肥利用效率低，玉米等禾谷类作物氮利用效率平均仅约为33％。大量施用氮肥，还引起地下水硝酸盐含量超标、地表水体富营养化等面源污染。因此，玉米氮利用效率与耐低氮相关的基础与应用研究是我国当前农业科研领域的重大需求，具有十分重要的意义。当前，玉米品种增产的主要途径是进一步增加播种密度，随着密度的上升，玉米植株之间对环境养分的竞争将进一步加剧。因此，氮高效与耐低氮玉米品种选育是未来商业玉米育种中品种培育与遗传改良的重要方向。

由于氮高效利用等复杂农艺性状往往受多基因位点控制和环境影响等原因，常规筛选很难收到理想效果。谷氨酰胺合成酶是玉米等禾谷类作物氮利用效率相关的氮同化、活化、转运与再同化途径的代谢中枢酶，是氮同化及氮利用效率的关键基因，也是了解玉米等禾谷类作物氮利用效率的重要切入点。研究也表明，低氮情况下籽粒数的高低对产量的影响最大，因此，提高低氮逆境下玉米穗部籽粒数，是耐低氮品种改良与选择的重要方向。

育种材料选育过程中，杂交、回交或自交过程中均是人工授粉，授粉质量直接决定了籽粒数与结实性，待选育材料的籽粒数并不是基因效应的体现。同时，籽粒数还受复杂的环境效应影响。因此，材料选择过程中，常规育种方法无法对玉米籽粒数性状进行选择。也即通常所说的，育种过程中性状对选择不会响应。此外，研究低氮逆境下育种材料的产量对低氮处理的表现，需要建立贫瘠试验条件。发展一种普通条件下依据基因型选择的技术可以有效的解决上述两个问题，具有重要的开发与利用价值。

发明内容

本发明的目的是提供玉米低氮逆境下高籽粒数目优异等位基因功能分子标记开发与应用，具体设计一种12bp的标记，基于该标记的引物对及其在辅助鉴别在低氮环境下具有不同单株籽粒数目性状的玉米中的应用。

本发明提供了辅助鉴别在低氮环境下具有不同单株籽粒数目性状玉米的引物对，是序列表的序列2所示DNA和序列表的序列3所示DNA组成的引物对。

所述引物对可用于辅助鉴别在低氮环境下具有不同单株籽粒数目性状的玉米。

本发明还保护一种辅助鉴别在低氮环境下具有不同单株籽粒数目性状玉米的方法，包括如下步骤：以待测玉米的基因组DNA为模板，用所述引物对进行PCR扩增；如果PCR扩增产物为一种，且大小为329bp，待测玉米为插入纯合型；如果PCR扩增产物为一种，且大小为317bp，待测玉米为缺失纯合型；缺失纯合型(优良基因型)玉米在低氮环境下的单株籽粒数目高于插入纯合型(非优良基因型)玉米在低氮环境下的单株籽粒数目。如果PCR扩增产物为两种，大小分别为329bp和317bp，待测玉米为插入/缺失杂合型，可以其后代中，分离得到缺失纯合型(优良基因型)。

本发明还保护一种玉米育种方法，是选择所述方法鉴别出的缺失纯合型玉米进行育种。

本发明还保护另一种玉米育种方法，包括如下步骤：将供体亲本与受体亲本杂交得到F1代，将F1代自交，得到F2代；以F2代玉米的基因组DNA为模板，用所述引物对进行PCR扩增；PCR扩增产物为一种且大小为317bp的F2代玉米为选育得到的玉米；所述供体亲本为采用所述方法鉴别出的缺失纯合型玉米，所述受体亲本为采用所述方法鉴别出的插入纯合型玉米。

所述供体亲本具体可为玉米品种CA156，所述受体亲本具体可为玉米品种武314。

PCR扩增产物可采用聚丙烯酰胺凝胶电泳银染法或琼脂糖凝胶电脉溴化乙锭(EB)进行检测。

所述引物对可用于制备辅助鉴别在低氮环境下具有不同单株籽粒数目性状玉米的试剂盒。

本发明还保护序列表的序列4所示的DNA，即12bp的缺失区域，该区域可以作为分子标记，用于辅助鉴别在低氮环境下具有不同单株籽粒数目性状的玉米，进而用于玉米育种。

以上所述低氮环境均指全氮量低于0.4％(质量百分含量)的土壤。