近期，北京市農林科學院玉米所在Q1區(qū)國際主流期刊Frontiers in Plant Science發(fā)表題為“Genetic basis of the oil biosynthesis in ultra-high-oil maize grains with an oil content exceeding 20%”的研究論文。該研究解析了高油玉米形成的遺傳分子機理，所開發(fā)的sh2-R和su1基因功能性KASP標記對高油甜玉米育種具有重要的應用價值。
高油玉米籽粒含油率高達25%以上（較llinois高油玉米含量率高5個百分點，是由廣西大學、廣西益寶油料玉米開發(fā)有限公司和南寧桂福園農業(yè)有限公司共同選育的高油玉米雜交種華健1號選育而來），解析其形成的遺傳分子機理對下一步高油玉米育種和遺傳改良具有積極促進意義。首先利用B73×高油玉米的F2:3分離群體、BSR-seq及基因等位性測驗技術進行分析，發(fā)現(xiàn)su1和sh2-R分別提高玉米籽粒含油率4.20個百分點和7.66個百分點。序列分析發(fā)現(xiàn)su1基因突變體在第13外顯子第145個核苷酸處發(fā)生T-C（Trp-Arg）突變，而sh2-R基因突變體在第二內含子中有5451 bp的插入、在第七外顯子第121個核苷酸之后有49442 bp的插入變異，且從第七外外顯子的第121個堿基到第20外顯子間發(fā)生倒位突變。根據(jù)這兩個基因的關鍵突變位點開發(fā)了基因功能性KASP標記，能夠成功區(qū)分183份玉米材料中su1su1Sh2Sh2、Su1Su1sh2sh2和su1su1sh2sh2不同突變類型。
利用含油率相差6.14個百分點的兩個高油玉米構建的F2:3分離群體和BSA-seq定位技術鑒定到另外88個與玉米籽粒油含量相關的QTL,其中16個與先前報道的玉米油相關QTL重疊。RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)兩個高油型甜玉米與兩個非高油型甜玉米間的差異表達基因顯著性富集于亞油酸代謝，氰基氨基酸代謝，谷胱甘肽代謝，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝以及氮代謝途徑?；谝陨戏治鼋Y果篩選BSA-seq定位區(qū)間內的高油候選基因。進一步分析發(fā)現(xiàn)候選基因GRMZM2G176998（WD40類β-螺旋重復蛋白）、GRMZG2G021339（homeobox轉錄因子）和 GRMZM2G167438（3-酮酰基-CoA合成酶）的KASP標記與分離群體中單株的籽粒含油量顯著相關；候選基因GRMZM2G099802（GDSL家族酯酶/脂肪酶）催化三酰甘油合成的最后一步，在兩個高油型甜玉米中的表達水平顯著高于兩個非高油型甜玉米（T9和SH251）。
這項工作得到了北京市農林科學院青年基金（QNJJ202028）、院創(chuàng)新能力建設項目（KJCX20210423）和北京市創(chuàng)新團隊（BAIC02-20223）項目的資助。副研究員駱美潔博士，盧柏山研究員和史亞興研究員為共同第一作者，趙久然研究員和王榮煥研究員為通訊作者。
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https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1168216
