[发明专利]ZmD53基因在调控玉米雄穗分枝发育或培育耐密植新品种中的应用

说明书

本发明公开了ZmD53基因在调控玉米雄穗分枝发育或培育耐密植玉米新品种中的应用。本发明首先构建了ZmD53基因的玉米突变体，通过表型观察发现ZmD53基因的突变导致玉米雄穗分枝数量明显减少；本发明进一步通过分子机制研究发现ZmD53是调控玉米独脚金内酯信号通路中的一个重要因子，通过调控ZmD53基因在玉米中的表达，能够调控玉米雄穗的发育或分枝数目，在培育耐密植、适合机械化收获的理想株型玉米新品种等方面有应用前景。

技术领域

本发明涉及ZmD53基因的新应用，尤其涉及ZmD53基因在调控玉米雄穗分枝发育或培育耐密植新品种中的应用，属于ZmD53基因的新用途领域。

背景技术

玉米不仅是重要的粮食作物，也是食品、化工、燃料、医药等行业的重要原料。目前玉米已成为我国种植面积最广、单产最高的第一大作物。但由于人口增长、膳食结构改变、城镇化和能源供应压力的增加，提高玉米单产已成为保障中国粮食安全的关键技术措施。

大量研究表明，提高品种耐密性和种植密度是提高玉米单产的关键。作为玉米种植和生产大国，美国玉米的的种植密度从上世纪三十年代的～30000株/公顷(Cardwell,1982)提高到当代的～70000株/公顷(62000-104000株/公顷)(Mansfield and Mumm,2014)；同时，单产也从1287公斤/公顷提高到9595公斤/公顷(2010年统计数据)(Mansfieldand Mumm,2014；USDA-NASS,2012)。

在玉米育种上，合适的株高与穗位、适当的穗分枝数、最佳的生育期和叶夹角是获得理想株型、产量和生物量的关键指标，也是培育适宜机械化作业新品种的基础。雄穗大小(雄穗分枝数和长度)是玉米驯化和遗传改良的重要目标性状。过度发达的雄穗影响株型的冠层结构，降低植株整体光能利用率。然而，起始于生殖生长阶段的雄穗分枝发育，本质上是植物侧生分生组织的发育。如何调控雄穗分枝，调控路径如何运转，我们该如何对其加以利用，为培育优良高效耐密的新品种贡献理论基础和基因资源。玉米雄穗分枝数是典型数量性状，其分化发育过程受植物激素、环境和遗传因子的协同调控。目前已鉴定出多条途径参与调控玉米雄穗发育，包括CLV/WUS途径，生长素途径，RAMOSA途径和SPL途径等(Justineet al.,1999；Taguchi-Shiobara et al.,2001；Gallavotti et al.,2004,2010；Vollbrecht et al.,2005；Bommert et al.,2005；Skirpan et al.,2009；Chuck et al.,2014)。

研究表明，这几十年的育种过程中美国玉米单株产量和杂种优势的提升并不明显，玉米单产的增加更多的是由于种植密度和品种耐密性的持续增长(Duvick,2005；Duvick and Cassman,1999；Duvick,1997；Hammer et al.,2009)。对不同年代中国玉米品种的研究也显示，相较于早期品种，近现代品种在产量、光合效率、抗倒性、空杆率等重要农艺性状方面都表现出对高密度栽培条件的更适应性(白向历等,2015；李从锋等,2013；刘鑫等,2012；钱春荣等,2012；汤彬等,2013)。由此可见，提高品种耐密性和种植密度是现代玉米育种和生产的重要目标和趋势。近年来，随着社会的发展，中国劳动力成本越来越高，农业也向着机械化、集约化的方向发展；在这些压力下，培育耐密植、适合机械化收获的理想株型玉米品种便是保障玉米单产增加和提高种植者收益的重要出路(Gong et al.,2015)。

因此，鉴定调控雄穗分枝数和雄穗大小的关键基因，解析其遗传调控网络和分子机理对于雄穗的遗传改良具有指导意义。

发明内容

本发明的目的之一是鉴定调控雄穗分枝数或雄穗大小的关键基因；

本发明的目的之二是将所鉴定调控雄穗分枝数和雄穗大小的关键基因应用玉米的雄穗的遗传改良或培育耐密植的玉米新品种；

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：