玉米雄性不育突变体x50的基因定位与遗传分析

为了挖掘雄性不育种质资源,鉴定雄性育性基因,为玉米雄性不育化制种提供基础材料。以玉米雄性不育突变体x50为试验材料,研究突变体雄性不育表型,构建x50与自交系Mo17的F1和F2群体,确定突变体x50雄性不育性状的遗传模式。以F2群体为材料,应用图位克隆技术定位雄性育性基因X50,通过基因等位性测验确定候选基因。结果显示,与野生型相比,雄性不育突变体x50花药不能从颖壳露出,花药体积较小且萎蔫,无成熟花粉粒形成。F1群体植株均表现为雄性可育,F2群体植株出现雄性育性分离,可育植株与不育植株分离比例符合3∶1,说明突变体x50不育性状受1对隐性核基因控制。通过图位克隆方法将雄性育性基因X50定位于玉米第2染色体分子标记2-4901与2-4963之间,物理区间为237.42~241.39 Mb。定位区间内候选基因分析发现,区间存在玉米雄性不育基因ZmMs33。以ms33纯合突变体ms33-6029和ms33-6052分别与x50杂合型+/x50杂交,杂交后代可育植株与不育植株分离比例符合1∶1,表明x50是ZmMs33基因一个等位突变体。玉米雄性不育突变体x50的鉴定为玉米杂交种子生产和ZmMs33基因功能研究提供了种质材料。

玉米花药不同发育时期的转录组分析及其差异表达基因的鉴定

【目的】鉴定玉米花药角质层和花粉壁发育的关键基因与代谢途径,为玉米雄性育性分子机制解析和雄性不育种质资源创制奠定基础。【方法】以玉米自交系B73小孢子母细胞形成期(S6)、四分体时期(S8b)、成熟花粉粒形成期(S13)花药和苗期叶片为材料,利用转录组测序和生物信息学分析方法鉴定差异表达基因,通过GO和KEGG富集分析挖掘差异表达基因参与的生物学过程和生化代谢途径。采用已知基因的实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析验证转录组数据。【结果】不同发育时期花药差异表达基因KEGG分析显示,S8b时期是玉米花药角质层发育的关键时期,16个可能与角质和蜡质合成代谢途径相关的基因差异表达,编码产物涉及脂肪酰还原酶、乙酰转移酶、过加氧酶、脂肪酸羟化酶、醛脱羧酶和羟基脂肪酸脱氢酶。S8b时期花药与其他3组样品之间存在3555个共同的差异表达基因,其中1348个基因在S8b时期花药中均上调表达。GO分析表明,共同上调表达差异基因在花粉壁发育相关生物学过程显著富集,包含脂肪酰还原酶基因、脂肪酸羟化酶基因、α-吡喃酮还原酶基因、多聚半乳糖醛酸酶基因、异胡豆苷合酶基因、查尔酮合成酶基因和4-香豆酰辅酶A连接酶基因等11个基因。191个共同上调表达基因被注释为转录因子和转录调节因子。【结论】鉴定到16个基因(Zm00001d049950,Zm00001d048337,Zm00001d012274,Zm00001d042723,Zm00001d025833,Zm00001d017953,Zm00001d042814,Zm00001d012326,Zm00001d014055,Zm00001d051932,Zm00001d017251,Zm00001d032284,Zm00001d020238,Zm00001d051800,Zm00001d017528,Zm00001d002687)和11个基因(Zm00001d048337,Zm00001d046537,Zm00001d027837,Zm00001d024712,Zm00001d020680,Zm00001d031488,Zm00001d020970,Zm00001d002342,Zm00001d047858,Zm00001d019478,Zm00001d003702)分别参与玉米花药角质层和花粉壁发育过程,发现了一些新的代谢途径影响玉米花药角质层和花粉壁发育。

玉米雄性不育突变体ms1153的遗传分析与基因定位

以玉米雄性不育突变体ms1153为材料,通过减数分裂期花粉母细胞染色体观察和不同发育时期花药石蜡切片分析突变体不育表型产生的原因,利用F1和F2群体确定突变体ms1153的遗传方式和基因MS1153物理位置。结果表明,与野生型相比,突变体植株在营养生长期无明显差异,在生殖生长阶段花药不能从颖壳外露,成熟花粉粒内无淀粉积累。细胞学分析发现,突变体减数分裂过程正常,但减数分裂后绒毡层降解推迟。遗传分析表明,突变体ms1153的不育性状受1对隐性核基因控制。利用图位克隆的策略将MS1153基因定位于玉米第4染色体分子标记8243与8275之间,物理区间为221.4~226.2 Mb,此区间内没有已克隆雄性育性基因,说明MS1153是一个新的玉米雄性育性基因。