EMS诱变玉米自交系种质创新应用

利用0.5 mg/L EMS诱变玉米自交系K22及B73花粉,构建2206个株系不同遗传背景的玉米突变体库,从M2和M3后代筛选到包括株型、叶型、叶色、育性、抗逆、表皮形态建成等表型变异的一系列突变体。具有育种应用潜能的E16、E199和W594突变材料,可供用于选育矮秆、低穗位高、耐密植抗倒伏型新品种。对调控植物表皮形态建成的E88和sep-1(smooth epidermal pavement cell lobes-1)突变体进行表皮形态、发育模式鉴定及遗传学分析,构建了F2:3分离群体。

玉米ZmICE2基因调控气孔发育

植物表皮在调节光合作用、呼吸作用、热量散失和水分利用等方面发挥重要作用。在拟南芥(Arabidopsis thaliana)等双子叶植物中,气孔发育机理研究取得显著进展,报道了3个非常重要的b HLH正调控转录因子(SPCH、MUTE和FAMA),它们在气孔系细胞分裂与分化的不同阶段特异表达,分别与转录因子SCRM/ICE1和SCRM2/ICE2形成异二聚体,共同调控气孔细胞系在3个分裂阶段的细胞形态转换和变化,最终发育形成气孔复合体。然而,在单子叶植物尤其是禾本科植物玉米(Zea mays)中,调控表皮形态建成的基因研究较少。该文利用反向遗传学手段分离到2个单基因隐性遗传突变体Zmice1-1(inducer of cbf expression1-1)和Zmice2-1,与对照B73相比,Zmice2-1植株矮小,叶片黄化,育性降低,叶片气孔密度和气孔指数极显著降低,打破了1个气孔间隔1个表皮长细胞的排列模式;Zmice1-1从五叶一心期开始叶片逐渐发黄,后期全部黄化,生长停滞,纯合不育,其叶片气孔密度与对照无显著差异。利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得不同位点的等位突变体,表型鉴定发现Zmice2-2具有气孔异常表型,并且与Zmice2-1的气孔表型类似,表明Zm ICE2参与调控气孔发育。B73和Zmice2-1的转录组分析表明,Zm ICE2主要通过影响细胞分裂和分化来调控气孔发育,参与玉米表皮形态建成。研究结果有助于进一步完善玉米表皮形态建成机制,并为提高农作物的抗逆性和产量性状的遗传改良提供了有益的基因资源。