[发明专利]玉米低磷响应基因ZmARF31的INDEL分子标记及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及分子遗传学领域，特别是涉及与玉米耐低磷性状相关的分子标记，具体地，涉及玉米10号染色体上ZmARF31基因内的一个与总干重显著关联的SNP标记、扩增其的引物对以及该分子标记的应用。

背景技术

玉米是集粮、经、饲为一体的多元作物，同时也是重要的工业原料和能源作物，在世界范围内广泛分布。20世纪末，随着全球玉米需求的快速增长，其种植面积逐渐超过水稻和小麦，成为总产量位居世界第一的粮食作物。预计到2050年粮食增产的50％将来自玉米。磷是植物生长发育所必需的三大营养元素之一，在糖分代谢、能量代谢、酶促反应及光合作用等过程中起着至关重要的作用，很大程度上决定了作物的产量和品质。然而，由于土壤对磷强烈的吸附导致土壤中可被植物吸收的有效无机磷浓度低至2μmol/L左右，土壤有效磷缺乏成为限制作物产量的重要非生物胁迫因素之一。因此，加强培育和推广磷高效品种是最为有效的措施，也是农业低碳和可持续发展的有效途径。

研究和生产实践表明，磷的吸收利用效率在玉米自交系间存在显著的基因型差异。磷对植物根系发育的影响是复杂的，不仅表现为品种特异性和基因型依赖性，还涉及多种激素信号通路的交叉调节。磷缺乏时主要通过抑制细胞分裂和静止中心的丢失而严重制约初生根的生长，同时有效磷通过调控侧生根根原基的初始化，初生根和侧生根的生长以及侧生根的生长角度，根毛的密度和伸长等改变根系的适应性形态。

玉米耐低磷相关性状作为一种复杂的数量性状，利用连锁作图进行QTL定位以解析相关性状的遗传基础已有大量报道。但QTL定位费时费力，且大部分QTL区间宽泛，目前玉米种质改良和分子辅助育种中尚未有耐低磷主效位点分子标记开发与利用的报道。

关联分析是一种在自然群体中基于连锁不平衡(LD)鉴定表型性状与遗传标记或候选基因间关系的分析方法，主要包括基于全基因组扫描(GWAS)和基于候选基因的关联分析。其中，基于候选基因的关联分析是发掘与表型变异密切相关的功能等位变异的有效手段。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供玉米低磷响应基因ZmARF31中与根尖数显著关联的InDel(插入/缺失)标记。

本发明的第二个目的是提供扩增上述InDel标记的引物对。

本发明的第三个目的是提供上述InDel标记的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于以上目的，申请人收集了中国、美国、墨西哥等地的温带、热带、亚热带玉米自交系331份，作为本研究的关联群体，利用同源克隆方法获得其低磷响应基因ZmARF31(GRMZM2G023813)序列，通过多序列比对，发掘该基因在331份玉米自交系中的变异位点。本申请结合正常磷水平和低磷胁迫处理下玉米自交系苗期根系性状的表型数据，运用TASSEL软件的一般线性模型和混合线性模型两种方法进行候选基因关联分析，并同时检测到一个(基因组版本和位置为Maize B73 AGP_v3:Chr10:148637125)与玉米根尖数显著关联的InDel位点。该位点的等位基因为38bp的插入/缺失，在供试自交系中有缺失和插入两种纯合基因型，其侧翼序列如SEQ ID NO.1所示，其中38bp的碱基序列如SEQ ID NO.4所示。

TTTGTGCTGTTGCCTCCATCTATCTGCTTGCTGAAAAATTCAGCGCTAGATATACATATATGTTTATCATATTGATTTGGTATTTCTTTGTTGTAGCTATAACTTTTGTCGTGTTCTTGTATTACAACTGCATGCAGATCGACTGGGATGTTGCCT(SEQ ID NO.1)

上述SEQ ID NO.1中，下划线的碱基序列为InDel分子标记的缺失或插入的38个碱基。

该InDel分子标记在正常磷水平和低磷胁迫下与玉米根尖数显著相关，位点基因型为38bp插入的玉米自交系在正常磷水平和低磷胁迫下根尖数均高于位点基因型为缺失的自交系。

进一步，本发明提供了上述InDel分子标记在提高玉米根尖数中的应用。InDel分子标记的位点基因型插入为优异基因型。

本发明还提供了上述InDel分子标记在玉米育种中的应用。

筛选到该显著关联的InDel位点后，基于该位点侧翼序列，申请人设计了包含上述InDel位点的检测玉米低磷响应基因ZmARF31的特异性引物对。引物对序列如下所示：