[发明专利]一种调控玉米茎秆穿刺强度基因ZmNR2及其分子标记的应用

说明书

本发明公开了一种调控玉米茎秆穿刺强度基因ZmNR2及其分子标记的应用，属于分子生物领域，该玉米ZmNR2基因具有调控玉米茎秆穿刺强度的作用，其核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，S5_210786313上游1.6kb处，其SNP分子标记，位于玉米ZmNR2基因的623bp处，该处碱基为C或A。本发明通过全基因组关联分析(GWAS)技术方法，在玉米基因组中筛选到与茎秆穿刺强度性状相关基因ZmNR2，该基因对调控玉米茎秆强度起到非常关键的作用，这一发现可能有助于阐明茎秆强度的遗传基础；此外，已鉴定的候选基因和变异具有潜在的育种价值，可用于分子标记辅助选择育种改良玉米抗倒性。

技术领域

本发明涉及分子生物领域，特别是涉及一种调控玉米茎秆穿刺强度基因ZmNR2及其分子标记的应用。

背景技术

玉米(Zea mays L)是我国重要的粮食、经济和饲料作物，在整个国民经济中占有举足轻重的地位。随着玉米种植密度的增大和自然灾害的频繁发生，玉米倒伏呈现加剧的趋势，玉米倒伏率每增加1％，大约减产108kg/hm2，在世界范围内每年因倒伏而造成的玉米产量损失在5％～20％。倒伏不仅严重影响玉米产量和品质，还会给玉米机械收获带来障碍，是玉米高产、稳产、优质的重要限制因素之一。研究玉米抗倒伏相关性状的遗传机制，对选育抗倒伏新品种，降低倒伏危害、保障玉米高产稳产具有重要的指导意义。

玉米倒伏分为根倒和茎折两种类型，其中茎折对产量影响最大。影响玉米倒伏的因素众多，其中植株株型、茎秆质量等性状是最主要的因素。大量研究表明，株高和穗位高与玉米抗倒伏呈显著负相关，育种家主要通过选育较低株高和穗位高的玉米品系来提高玉米抗倒伏能力；多个课题组利用不同的玉米材料研究株型和玉米抗倒伏性的关系，均发现玉米的倒伏与茎粗、株高、穗位高、穗位上节数和穗位以下茎秆粗极显著相关，株高和茎粗是影响玉米茎秆倒伏的主要因素。茎杆质量是影响玉米抗倒伏能力的重要指标。玉米茎杆质量可以通过茎杆垂直压碎强度(Stalk crushing strength，SCS)、茎秆硬皮穿刺强度(Rind penetration strength，RPS)和茎秆抗拉弯强度(Stalk bending strength，SBS)等性状来衡量。Zuber等以两个玉米群体为材料分别对茎秆压碎强度进行了高向和低向选择，研究结果表明，茎秆压碎强度和玉米抗倒伏能力呈显著正相关(Zuber et al.,1980)；茎秆硬皮穿刺强度与茎秆抗倒伏能力高度相关，而且测量方法简单便捷，已经被广泛应用于玉米抗倒伏遗传研究(Li et al.,2014；Flint-Garcia et al.,2003b；Peiffer et al.,2013)。这些性状在自交系中存在广泛的遗传变异，是玉米抗倒伏的主要因素，在育种过程中可以进行改良。

玉米抗倒伏相关性状受到多个基因位点的控制，是复杂的数量性状(Radu etal.,1994)。目前国内外研究者利用多个遗传群体发现了大量株高和穗位高的QTL，玉米基因组网站(www.maizegdb.org)已经收录了235个株高和穗位高QTL，这些位点在玉米10条染色体上都有分布，并且大多是微效QTL；迄今为止，已有多个玉米株高突变体基因被克隆，如Dwarf3、Dwarf8、Dwarf9、Brachytic2和ZmGA3ox2等(Winkler and Helentjaris,1995；Lawit et al.,2010；Multani et al.,2003；Teng et al.,2013)。关于玉米茎杆质量的遗传分析也取得了一定的进展。Flint-Garcia等利用4个F2:3群体对茎杆穿刺强度进行QTL分析，共计定位到到36个QTL(Flint-Garcia et al.,2003b)，分布于玉米的10条染色体上；Li等对两套重组自交系群体(RIL)进行茎杆穿刺强度的QTL分析，共检测到7个QTL，并将主效位点qRPR3-1精细定位在3.1Mb区间内(Li et al.,2014)；Hu等对茎秆弯曲强度进行QTL分析，在四个环境条件下共检测到7个QTL，这些位点能够解释17.2％～26.1％的表型变异(Huet al.,2012)。