[发明专利]一个调控玉米中胚轴和胚芽鞘协同伸长的主效QTL及其分子标记与应用

说明书

本发明属于分子生物学领域，具体涉及一个同时调控玉米中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘之和、中胚轴与胚芽鞘之比等决定玉米中胚轴和胚芽鞘协同伸长“一因多效”的主效QTL，及其分子标记与应用。此主效QTL的分子标记，由umc2047、umc2510和bnlg1597三对分子标记引物组成。本发明的分子标记进行辅助选择具有长中胚轴和胚芽鞘特性的耐深播抗旱玉米材料，只需要检测分子标记的特征条带即可预测玉米材料耐深播抗旱性能，其鉴定方法易于操作，简单可行，选择效率高，在玉米耐深播抗旱育种领域应用潜力巨大。

技术领域

本发明属于玉米分子遗传育种领域，具体涉及一个调控玉米中胚轴和胚芽鞘协同伸长的主效QTL，即同时调控玉米中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘之和、中胚轴与胚芽鞘之比的“一因多效”主效QTL，及其分子标记与应用。

背景技术

种子深播作为一种古老的栽培措施，在稳定旱区玉米(Zea mays L.)和小麦(Triticum aestivum L.)等粮食作物及时赶墒深播、保证幼苗安全出苗并提高这些作物的抗旱性方面发挥着举足轻重的作用。近年来，一些优良的耐深播品种已被广泛推广应用到了旱区玉米和小麦的抗旱增产生产中，为保障全球粮食生产安全、促进畜牧业发展中扮演着重要角色。例如，在美国的西南部和墨西哥西部的旱作区已成功选育和广泛种植了可深播30cm的印第安玉米品种“P1213733(Komona)”，该品种能高效利用土壤深层水分进而确保玉米种子吸胀萌发出苗，最终表现出良好的生长状况、抗旱性及丰产性(赵小强和钟源,2021；Zhao等,2021；Troyer1997)。在我国黄土高原降雨量急缺地区，当地农民通过10cm深播种植“红芒麦”小麦品种后，该品种在此深播环境下出苗率表现优异，多年来仍然被广泛种植(Takeda等,1995)。

大量研究表明，中胚轴和胚芽鞘的协同伸长是深播胁迫下玉米种子萌发及破土出苗最主要的原动力，显著决定玉米的耐深播特性(赵小强和钟源,2021；Liu等,2017；Zhao等,2021)。具有更长中胚轴和胚芽鞘的玉米品种，种子深播后不仅能促进玉米种子快速萌发出苗，破土出苗能力更强，幼苗整齐度更高，而且深播后玉米根系将下扎更深，进而更高效地吸收深层土壤的水分和养分，最终改善玉米的综合抗逆性。有趣的是，玉米中胚轴和胚芽鞘的伸长长度(能力)是受多基因控制的复杂数量遗传性状，且易受播深、温度、水分、养分等外界环境因素的影响，研究较为困难。近年来，随着以分子标记连锁图谱为基础的QTL(quantitative trait loci)分析技术的迅速发展，该技术已被成功应用到了玉米(Zhang等,2012)、小麦(Shariatipour等,2021)、大麦(Hordeum vulgare L.,Takahashi等,2001)、水稻(Oryza sativa L.,Wang等,2021)作物中胚轴和胚芽鞘伸长长度(能力)等数量遗传性状的遗传机制研究中。但目前这些作物上具有育种应用价值的调控中胚轴和胚芽鞘的QTL位点较少。此外，就玉米耐深播品种选育而言，由于耐深播材料筛选流程繁琐、费时费力、效率低，耐深播品种组配盲目性大，耐深播品种生产试验周期长，导致玉米耐深播抗旱品种育种成本高、难度大、进展缓慢。因此，今后利用遗传背景丰富且耐深播性差异大(即中胚轴和胚芽鞘长度间差异大)的玉米自交系构建QTL定位群体，并通过QTL分析，进而挖掘出不同播深环境下稳定调控中胚轴长和胚芽鞘长的主效QTL，其为开展玉米耐深播抗旱分子育种提供更有价值的参考和技术支撑。

发明内容

本发明旨在提供一个3种播深环境下(3cm、15cm和20cm)同时调控玉米中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘之和、中胚轴与胚芽鞘之比等决定中胚轴与胚芽鞘协同伸长的主效QTL的分子标记。本发明还提供辅助选择具有长中胚轴和胚芽鞘特性的耐深播抗旱玉米材料的方法。本发明还提供3种播深环境下同时调控玉米中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘之和、中胚轴与胚芽鞘之比等决定中胚轴与胚芽鞘协同伸长的主效QTL的分子标记在玉米耐深播抗旱育种中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：