[发明专利]一种玉米籽粒镉低积累控制基因ZmCd1基因突变体及其分子标记和应用

说明书

本发明涉及植物分子生物学技术领域，具体涉及一种玉米籽粒镉低积累控制基因ZmCd1基因突变体及其分子标记和应用。本发明提供玉米ZmCd1基因突变体ZmCd1‑2，其相对于野生型ZmCd1基因在第4内含子第9位碱基后存在12959bp的转座子插入突变，该突变与玉米镉高积累相关。本发明提供了用于检测该突变的分子标记，以及检测该分子标记特异性引物，可用于ZmCd1‑2突变类型的镉高积累玉米的筛选鉴定，还可用于对ZmCd1‑2类玉米籽粒镉积累量的改良育种。

技术领域

本发明涉及植物分子生物学技术领域，具体涉及一种玉米籽粒镉低积累控制基因ZmCd1基因突变体及其分子标记和应用。

背景技术

镉是重要的工业原料，同时也是毒性最大、分布最广泛的重金属污染物之一。根据镉浓度土壤镉污染可分为轻度(0.3-0.6mg/kg)、中度(0.6-0.9mg/kg)和重度(0.9mg/kg以上)三个等级。食品安全国家标准(GB2762-2017)规定谷物及其制品种镉污染物限量指标为0.1mg/kg以下。

玉米是我国第一大粮食作物，其种植面积大、种植范围广，且品种间遗传变异大。已有研究表明，不同玉米品种间镉积累能力存在显著差异。杜彩艳等对20个广泛种植的不同玉米品中的镉含量进行分析，发现在镉污染农田种植后，不同玉米品种间的根系、茎叶以及籽粒中镉含量均表现出显著差异(杜彩艳等，2017，农业环境科学学报，36:16-23)。因此，筛选镉积累量低的玉米品种，尤其是降低玉米籽粒部位的镉积累量，对保障玉米食用安全具有重要意义。

前期研究通过全基因组关联(GWAS)定位、玉米突变体等位测验和序列差异分析等鉴定到一个控制玉米籽粒镉低积累的基因ZmCd1，并根据该基因在启动子位置的插入突变开发了该位点特异性分子标记PCR-ZmCd1(专利申请号：2019113183319)。但该分子标记针对于ZmCd1基因启动子位置的插入突变，故不能对其他突变进行准确鉴定。

发明内容

本发明的目的是提供一种籽粒镉低积累控制基因ZmCd1基因突变体，本发明的另一目的是提供该基因突变体的分子标记和应用。

为实现上述目的，本发明对镉积累高或镉积累量低的玉米种质资源进行了大量的序列分析、遗传和性状研究，对镉高积累玉米自交系Ky21的ZmCd1(玉米籽粒镉低积累控制基因)DNA序列进行分析发现，Ky21中ZmCd1在第4内含子存在12959bp的转座子插入突变，导致转录本中部分内含子以及部分插入序列外显子化，以及转录本长度变短，从而导致玉米自交系Ky21镉高积累，该突变型基因命名为ZmCd1-2。

具体而言，本发明提供的玉米籽粒镉低积累控制基因ZmCd1基因突变体，其序列信息是以玉米B73野生型ZmCd1基因的核苷酸序列为参考序列，所述ZmCd1基因突变体相对于野生型ZmCd1基因包含在第4内含子第9位碱基后存在12959bp的转座子插入突变，所述12959bp的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

以上所述玉米B73野生型ZmCd1基因的核苷酸序列参考登录号为Zm00001d005190(MaizeGDB,https://www.maizegdb.org/)。

本发明提供了与玉米籽粒镉高积累相关的InDel分子标记，其为以玉米B73野生型ZmCd1基因的核苷酸序列为参考序列，在ZmCd1基因第4内含子第9位碱基后存在12959bp的转座子插入突变，所述12959bp的核苷酸序列如SEQ I D NO.1所示。

进一步地，为了准确检测到该突变体或所述的InDel分子标记，本发明开发了新的位点特异性分子标记，可用于携带该突变类型ZmCd1-2玉米的准确鉴定，并且可应用于该突变类型玉米籽粒镉积累量改良育种中。

本发明提供的用于检测所述基因突变体或所述InDel分子标记的特异性引物组，含有3条引物，其核苷酸序列分别如SEQ ID NO.2-4所示。