[发明专利]一种定位玉米单向异交不亲和基因的新方法

说明书

技术领域

本发明属于玉米基因定位技术领域，具体涉及一种定位玉米单向异交不亲和基因的新方法。

背景技术

玉米单向异交不亲和性通常由单一显性主基因控制，该类基因是一种配子体基因(Gametophyte factor，Ga)。Ga基因是指影响单倍体配子有性传递的遗传因子。许多带有Ga基因的爆裂玉米可以给不带有Ga基因(ga)的马齿和硬粒型玉米正常授粉，反交却往往不成功。一般来讲，ga花粉不能给显性纯合的Ga/Ga母本授粉结实，而Ga花粉则能给隐性纯合的ga/ga母本授粉结实，这就是Ga基因所控制的单向异交不亲和性。目前，已有多个Ga基因被发现，它们分别位于玉米的不同染色体上(Chr1：Ga4和Ga6；Chr2：Ga7；Chr4：Ga1和Tcb1；Chr5：Ga2和Ga10；Chr6：Ga3；Chr9：Ga8)。Ga基因只存在于爆裂玉米和极少数中美洲玉米类型中，而绝大多数马齿型和硬粒型栽培玉米都是ga/ga基因型，因此可以利用回交的方法将Ga基因从爆裂玉米转育到马齿和硬粒型等普通玉米中去，使得Ga基因成为不同类型玉米生物学隔离的工具。首先，Ga基因可以用于转基因玉米与非转基因玉米之间的生物学隔离。将Ga基因从爆裂玉米回交转育到普通玉米杂交种的双亲自交系中，它们的杂交种(Ga/Ga)即使和转基因玉米(ga/ga)并肩而种也不会存在问题。这是因为转基因玉米的ga花粉不能给非转基因玉米的花丝(Ga/Ga)授粉结实，从而避免了转基因花粉的传播，达到生物学隔离的目的。其次，Ga基因可以用于常规玉米与专用玉米之间的生物学隔离。具有特殊性状的专用玉米，如糯玉米、甜玉米、白玉米、高油玉米和高赖氨酸玉米等在全球的推广面积逐年增加，其制种和生产都需要隔离，以防止与常规玉米串粉而影响其专用性。若将Ga基因回交转育到上述专用玉米中，则可解决生产隔离的问题，这将大大降低专用玉米生产成本，增加农民收入。

在作物育种中，基因的回交转育有两种方式：基于表型选择的常规育种方法和分子标记辅助选择的育种方法。前者效率低、周期长、盲目性大，已经不能满足现代育种的需求；后者可以提高育种效率、缩短育种周期、降低育种的盲目性，已经逐渐成为现代育种的趋势。要想对基因进行分子标记辅助的回交转育，其前提是必须知道基因的确切位置，也就是定位基因。

玉米单向异交不亲和性是一种质量性状。质量性状是指表现为非连续变化的性状。这种性状多为单基因控制，受环境和遗传背景影响较小，因此定位起来相对容易。基因定位的基本原理是两点测验和三点测验，其首要工作是组配定位群体。根据组配的群体的不同，质量性状基因定位主要可以分为以下两种方法：

方法一，利用回交群体(BC群体)的质量性状基因定位

BC群体通过杂交一代F₁和隐性亲本回交得到。通过表型鉴定判断个体的基因型，检测其分子标记基因型，利用两点测验和三点测验计算出基因和各分子标记之间的遗传距离，将基因定位在两个分子标记之间。

方法二，利用自交群体(F₂群体)的质量性状基因定位

F₂群体通过杂交一代F1自交得到。从群体中筛选出表型为隐性的个体，检测其分子标记基因型，利用两点测验和三点测验计算出基因与各分子标记之间的遗传距离，将基因定位在两个分子标记之间。

以上两种方法其核心思想是一样的，即通过表型推断分离群体的基因型并对其进行分子标记检测，利用两点测验和三点测验计算基因和分子标记间的遗传距离来定位基因。所不同的是BC群体中利用的个体有两种类型：杂合体和隐性个体，而F₂群体中，由于无法区分显性纯合体和杂合体，所以一般只利用隐性个体进行基因的定位。

Ga基因定位主要利用的是BC₁F₁群体，该群体是通过F₁(Ga/ga)给普通材料(ga/ga)授粉得到的。在开花期用每个单株对Ga玉米进行1对1的授粉，如果Ga玉米结实就代表该单株基因型为Ga/ga，如果Ga玉米不结实就代表该单株基因型为ga/ga。从群体里随机挑选部分单株(n≥200)进行玉米全基因组分子标记检测(若已知Ga基因在哪条染色体上，可只用该条染色体上的分子标记)，通过两点测验寻找与Ga基因紧密连锁的分子标记，通过三点测验将Ga基因初定位在两个分子标记之间，然后在初定位区间内寻找和开发分子标记，并用其检测整个定位群体，寻找在初定位区间内发生重组的单株，根据重组发生的位置精细定位Ga基因。