[发明专利]功能连锁标记0707-1及其在玉米种质改良中的应用

说明书

本发明涉及功能连锁标记0707‑1及其在玉米种质改良中的应用。本发明中，首次在定位到1个27‑kDγ‑zein的主效修饰因子，其位于7号染色体120Mb附近的一个100kb范围内，该修饰因子为27‑kDγ‑zein基因的一个多拷贝。本发明还建立了鉴定该多拷贝基因的分子标记物以及鉴定方法，从而为鉴定优质蛋白玉米提供了有效的途径。

技术领域

本发明属于植物学和分子生物学领域，更具体地，本发明涉及功能连锁标记0707-1及其在玉米种质改良中的应用。

背景技术

优质蛋白玉米(Quality Protein Maize，QPM)是高赖氨酸玉米，营养价值堪与牛奶媲美，产量接近甚至部分品种超过普通玉米，大大改善了南美、非洲和亚洲等一些以玉米为主食的发展中国家人群因缺乏赖氨酸、色氨酸引起的营养不良症。培育优质蛋白玉米，将极大的改善玉米籽粒的品质效益，综合提高农民的收益。然而优质蛋白玉米是以热带种质资源为背景进行的改良，在热带地区表现为良好的硬质胚乳籽粒。引进中国后，热带种质往往表现为生育期延迟、籽粒软质或半软质，不耐储藏和感病等较差农艺性状，需要将热带种质中的修饰因子转到温带种质的骨干自交系中，然而由于修饰基因及其互作的调控因子遗传调控机理复杂，导致这个转化过程很漫长，而且最后得到的很多转化系还不是全硬质胚乳，农艺表现不如全硬质胚乳。中国地域和气候差别很大，经过千辛万苦育成的优质蛋白玉米品种的适宜区域非常有限，很难大范围推广，大大制约了优质蛋白玉米的发展。因此，深入解析优质蛋白玉米胚乳发育过程中的调控因子及修饰机理，将大大加快其分子育种效率，为农民带来巨大的经济效益。

成熟的玉米粒中，胚和胚乳是基本的组成部分，分别占8％～10％(胚)和80％～85％(胚乳)，因此玉米籽粒中80％左右的蛋白质是由胚乳提供的。胚乳作为主要的营养储存器官，大部分储存物质是以淀粉粒和蛋白体的形式储藏在胚乳中，通常二者分别占胚乳干重的70％和10％。而玉米种子中的储存蛋白根据不同的溶解性分为清蛋白(albumin，水溶，3％)，球蛋白(globulin，盐溶，3％)，谷蛋白(glutelin，碱溶，34％)和醇溶蛋白(prolamin，醇溶，60％)。因此提高玉米籽粒所缺少的氨基酸含量，其关键核心在于提高胚乳中醇溶蛋白的含量。

玉米醇溶蛋白(zein)基因家族是一个大家族，分为α(19-和22-kD)、β(15-kD)、γ(50-，27-和16-kD)和δ(18-和10-kD)四个亚家族。自B73基因组序列公布以后，前人利用已有的序列信息进行基因组BAC序列比对后发现，在玉米醇溶蛋白基因家族中19-kDa和22-kDa的α-zein亚家族基因分别有26和16个拷贝(Copy Number)，其它分子量的zein基因均为单拷贝。进一步的研究发现，各亚家族的蛋白质之间在蛋白序列水平上并没有序列保守性，只是异源醇溶蛋白混合物的总称，但是它们翻译后都定位于胚乳细胞粗糙内质网的内腔，有序地包装形成蛋白体(protein body，PB)，是胚乳品质(软质或硬质)最主要的影响因素之一。与此同时，研究人员已发现醇溶(Zein)蛋白合成后储存于蛋白体中，不同zein亚家族蛋白在蛋白体中的空间排列高度有序：γ-和β-zein定位在蛋白体的外周区域，而α-和δ-zein定位在中央区域。任何破坏这种严格空间排列结构的突变体都会导致蛋白体变形形成软质胚乳。

优质蛋白玉米(Quality Protein Maize，QPM)到目前为止已经研究了半个多世纪，在基础研究领域发挥了极大的促进作用，但是由于o2突变体籽粒是软质胚乳，千粒重及抗病性较差，很难实现产业化。在QPM玉米中，zein蛋白含量下降了60％，而non-zein互补性地上升，实现了蛋白质组的平衡的同时，也极大的提高了赖氨酸含量。与此同时，前人的研究发现优质蛋白玉米中27-kDγ-zein的转录和蛋白水平是普通野生型和普通o2突变体玉米的2-3倍；在优质蛋白玉米和普通o2突变体的F₂群体中，胚乳的修饰程度和27-kDγ-zein的表达水平正相关。

然而，优质蛋白玉米胚乳修饰因子究竟是什么？它的作用机理是怎样的？这些至今仍然是困扰玉米育种者和遗传学家的难题，给农业上筛选优质蛋白玉米造成阻碍。