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玉米高赖氨酸奥帕克种质创制及分子遗传研究

文献类型： 获奖成果

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获奖名称： 科学进步奖

获奖等级： 二等奖

关键词： 酸;创制;遗传研究;分子遗传;高赖氨酸;种质创制;遗传;分子;氨;玉米;赖氨酸;种质;研究

第一完成单位： 贵州省农业科学院旱粮研究所

获奖时间： 2013

摘要： 玉米是主要的饲料和粮食作物。普通玉米由于缺乏人类及单胃动物所必需的赖氨酸，因此其蛋白质营养价值不高，不能满足食用和食品加工的营养品质要求（0.5%），更不能满足畜禽饲料对赖氨酸含量的要求（0.6～0.8%）。玉米奥帕克-2（opaque-2，o2）突变是玉米高赖氨酸突变种质之一，其籽粒赖氨酸含量可达到0.4%左右，被遗传和育种研究广泛利用。由于其他高赖氨酸突变材料（如O6、O7、fl2等）均不同程度的存在一些难以克服的缺陷和问题，很难在育种中加以利用，种质资源少限制了高赖氨酸玉米育种的发展。因此，新突变的发现及其相关研究是促进玉米高赖氨酸遗传育种的主要途径。玉米奥帕克-16（opaque-16， o16）突变是项目组利用Mu转座子技术发现并选育的一个高赖氨酸新突变体，籽粒赖氨酸含量达0.36%以上。又因为o2和o16单基因突变的赖氨酸含量尚不够高，所以仍需要寻求新的技术策略。在国家自然科学基金等项目的资助下，重点围绕玉米高赖氨酸奥帕克种质分子创制和分子遗传开展了长期研究，拟为玉米高赖氨酸遗传改良提供物质和理论基础，这对促进玉米优质育种具有重要意义。 在种质分子创制方面，利用Mu转座插入诱变原理创制出奥帕克新突变—opaque-16，籽粒赖氨酸含量与o2突变相当。采用分子标记辅助选择原理，选育出o2o2o16o16两基因聚合种质8份，赖氨酸含量达0.5%以上，比高赖氨酸亲本o2o2系提高20%以上；选育出o2o2o16o16wxwx三基因聚合种质3份，赖氨酸含量达0.6%以上，比糯质亲本系提高70%以上，支链淀粉含量为99.5%以上（与糯质亲本系相当）。在分子遗传研究方面，根据分子遗传学原理，明确了o16基因是一个主效基因，用复合区间作图法将o16基因定位在第8染色体长臂上离umc1141标记3 cM以内，筛选出opaque-6（o6）位点连锁的RFLP标记（BNL9.44），分析了回交群体o2基因的SSR标记位点单侧连锁类赘和双交群体SSR位点的偏分离；根据等位基因变异有同点等位和异点等位的原理，揭示了o2基因内3个SSR位点（umc1066，phi057，phi112）等位变异的新类型（串联重复侧翼序列核苷酸的变异）、新机制（碱基替换；SSR基序的碱基替换产生异点等位，从而改变SSR的重复数目）以及变异的作用（变异影响O2基因的转录效率以及翻译产物对激活玉米醇溶蛋白合成的能力，从而影响o2突变系和普通系的籽粒赖氨酸含量）；根据植物双受精原理，采用SSR标记技术结合胚乳表型观察，发现o2胚乳存在异雄核受精现象，研究得出其频率为0～4.5%，其基因型有4种；根据分子标记技术原理，比较、优化和建立了RFLP、RAPD、ISSR、SSR、多重PCR、双低频酶cDNA-AFLP技术体系；根据植物基因组中存在丰富遗传变异的原理和SSR指纹图谱技术原理，构建了杂交种及其亲本的SSR数字化指纹图谱，进行了自交系的分子分类以及不同生态区育成品种的生态适应性与遗传基础的关系分析。 该成果首次发现和获得opaque-16突变并选育出满足人畜禽赖氨酸需求的o2和o16两基因以及O2、o16和wx三基因聚合的创新种质，首次明确了o16基因的效应并将其定位，首次研究了O2基因内三个SSR位点的等位变异，首次发现并研究了o2胚乳的异雄核受精现象，率先对DNA分子标记技术RFLP、RAPD和ISSR进行比较研究等。该成果拓宽了高赖氨酸玉米种质资源，丰富了玉米遗传育种学的基础理论，有利于常规育种技术和分子生物技术结合进行种质改良。创制的种质被国际玉米小麦改良中心、印度农业研究院和作物遗传改良国家重点实验室等引用。发表论文22篇，被SCI收录4篇，影响因子合计达7.7；被CSCD收录15篇，影响因子合计达14.2。在SCI中有7篇被引用118次，他引107次；在CSCD中有18篇被引用62次，他引53次；在CNKI中有17篇被引用151次，他引140次。

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