玉米低磷響應基因ZmARF31的INDEL分子標記及其應用制造技術

本發明專利技術提供了玉米低磷響應基因ZmARF31基因內的InDel分子標記，該SNP標記位于玉米第10號染色體148637125?bp位置，等位基因為38?bp的插入/缺失，所述38?bp的序列如SEQ?ID?NO.4所示，該等位基因的側翼序列如SEQ?ID?NO.1所示，其由核苷酸序列如SEQ?ID?NO.2～3所示的引物擴增得到。該InDeL分子標記在正常磷水平和低磷脅迫下與玉米根尖數顯著相關，位點基因型為38?bp插入的玉米自交系在正常磷水平和低磷脅迫下根尖數均高于位點基因型為缺失的自交系。本發明專利技術的分子標記可用于玉米輔助育種，加速玉米磷高效特異材料創制與新品種選育進程。

【技術實現步驟摘要】
玉米低磷響應基因ZmARF31的INDEL分子標記及其應用
本專利技術涉及分子遺傳學領域，特別是涉及與玉米耐低磷性狀相關的分子標記，具體地，涉及玉米10號染色體上ZmARF31基因內的一個與總干重顯著關聯的SNP標記、擴增其的引物對以及該分子標記的應用。
技術介紹
玉米是集糧、經、飼為一體的多元作物，同時也是重要的工業原料和能源作物，在世界范圍內廣泛分布。20世紀末，隨著全球玉米需求的快速增長，其種植面積逐漸超過水稻和小麥，成為總產量位居世界第一的糧食作物。預計到2050年糧食增產的50％將來自玉米。磷是植物生長發育所必需的三大營養元素之一，在糖分代謝、能量代謝、酶促反應及光合作用等過程中起著至關重要的作用，很大程度上決定了作物的產量和品質。然而，由于土壤對磷強烈的吸附導致土壤中可被植物吸收的有效無機磷濃度低至2μmol/L左右，土壤有效磷缺乏成為限制作物產量的重要非生物脅迫因素之一。因此，加強培育和推廣磷高效品種是最為有效的措施，也是農業低碳和可持續發展的有效途徑。研究和生產實踐表明，磷的吸收利用效率在玉米自交系間存在顯著的基因型差異。磷對植物根系發育的影響是復雜的，不僅表現為品種特異性和基因型依賴性，還涉及多種激素信號通路的交叉調節。磷缺乏時主要通過抑制細胞分裂和靜止中心的丟失而嚴重制約初生根的生長，同時有效磷通過調控側生根根原基的初始化，初生根和側生根的生長以及側生根的生長角度，根毛的密度和伸長等改變根系的適應性形態。玉米耐低磷相關性狀作為一種復雜的數量性狀，利用連鎖作圖進行QTL定位以解析相關性狀的遺傳基礎已有大量報道。但QTL定位費時費力，且大部分QTL區間寬泛，目前玉米種質改良和分子輔助育種中尚未有耐低磷主效位點分子標記開發與利用的報道。關聯分析是一種在自然群體中基于連鎖不平衡(LD)鑒定表型性狀與遺傳標記或候選基因間關系的分析方法，主要包括基于全基因組掃描(GWAS)和基于候選基因的關聯分析。其中，基于候選基因的關聯分析是發掘與表型變異密切相關的功能等位變異的有效手段。
技術實現思路
本專利技術的第一個目的在于提供玉米低磷響應基因ZmARF31中與根尖數顯著關聯的InDel(插入/缺失)標記。本專利技術的第二個目的是提供擴增上述InDel標記的引物對。本專利技術的第三個目的是提供上述InDel標記的應用。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：基于以上目的，申請人收集了中國、美國、墨西哥等地的溫帶、熱帶、亞熱帶玉米自交系331份，作為本研究的關聯群體，利用同源克隆方法獲得其低磷響應基因ZmARF31(GRMZM2G023813)序列，通過多序列比對，發掘該基因在331份玉米自交系中的變異位點。本申請結合正常磷水平和低磷脅迫處理下玉米自交系苗期根系性狀的表型數據，運用TASSEL軟件的一般線性模型和混合線性模型兩種方法進行候選基因關聯分析，并同時檢測到一個(基因組版本和位置為MaizeB73AGP_v3:Chr10:148637125)與玉米根尖數顯著關聯的InDel位點。該位點的等位基因為38bp的插入/缺失，在供試自交系中有缺失和插入兩種純合基因型，其側翼序列如SEQIDNO.1所示，其中38bp的堿基序列如SEQIDNO.4所示。TTTGTGCTGTTGCCTCCATCTATCTGCTTGCTGAAAAATTCAGCGCTAGATATACATATATGTTTATCATATTGATTTGGTATTTCTTTGTTGTAGCTATAACTTTTGTCGTGTTCTTGTATTACAACTGCATGCAGATCGACTGGGATGTTGCCT(SEQIDNO.1)上述SEQIDNO.1中，下劃線的堿基序列為InDel分子標記的缺失或插入的38個堿基。該InDel分子標記在正常磷水平和低磷脅迫下與玉米根尖數顯著相關，位點基因型為38bp插入的玉米自交系在正常磷水平和低磷脅迫下根尖數均高于位點基因型為缺失的自交系。進一步，本專利技術提供了上述InDel分子標記在提高玉米根尖數中的應用。InDel分子標記的位點基因型插入為優異基因型。本專利技術還提供了上述InDel分子標記在玉米育種中的應用。篩選到該顯著關聯的InDel位點后，基于該位點側翼序列，申請人設計了包含上述InDel位點的檢測玉米低磷響應基因ZmARF31的特異性引物對。引物對序列如下所示：上游(F)：TTTGTGCTGTTGCCTCCATC(SEQIDNO.2)下游(R)：AGGCAACATCCCAGTCGATC(SEQIDNO.3)本專利技術提供了上述引物對在玉米種質改良中的應用。本專利技術還提供了上述引物對在選育抗逆玉米中的應用。含有上述引物對的試劑盒也屬于本專利技術的保護范圍。本專利技術提供一種檢測玉米低磷響應基因ZmARF31的方法，用上述引物對進行PCR擴增，待檢測玉米基因組DNA，如果能夠擴增出SEQIDNO.1所示的片段，則說明該待檢玉米存在低磷響應基因ZmARF31。PCR程序為：95℃預變性3min；95℃變性20s、55℃退火20s，72℃延伸20s，共35個循環,72℃延伸5min。本專利技術提供了上述方法在玉米育種中的應用。為進一步驗證所開發標記的有效性，專利技術人在關聯群體中隨機挑選16份玉米自交系，以DNA為模板，采用TaKaRaTaqTMHotStartVersion進行基于PCR擴增的標記檢測，結果顯示該InDel位點成功地對16份玉米自交系進行長度多態性檢測(見圖1)。同時，專利技術人利用前期構建的玉米耐低磷RIL群體(P178×9782)中的198個家系的DNA為模板，對該位點進行標記驗證(圖2)。結果發現在該RIL群體中，InDel位點與正常磷水平和低磷脅迫下根尖數存在顯著相關性(圖3)，與ZmARF31基因在331份玉米自交系中的關聯分析結果基本一致。本專利技術還提供了一種檢測玉米低磷響應基因ZmARF31的試劑盒，其含有SEQIDNO.2～3所示的引物對。本專利技術結合ZmARF31在自然群體中的序列多樣性，利用候選基因關聯分析策略揭示該基因與低磷脅迫下玉米根系性狀之間的內在聯系，發掘其中顯著的功能位點，并作為遺傳標記應用于玉米分子育種，對提高玉米抗逆性具有重要意義。本專利技術的有益效果在于：運用候選基因關聯分析方法，能夠快速、精確地檢測與特定性狀顯著關聯的SNP或InDel位點。玉米10號染色體148637125bp位置的InDel位點(MaizeB73AGP_v3：Chr10:148637125)與正常磷水平下玉米苗期根尖數顯著相關，解釋表型變異為2.74％。該InDel位點能夠作為遺傳標記，用于抗逆玉米育種，提高玉米耐低磷能力，具有較高的應用價值。附圖說明圖1為16份玉米自交系中基于PCR擴增的標記檢測。其中上帶和下帶分別表示基因型在玉米第10號染色體148637125bp位置38bp“插入”和“缺失”。Marker為DL2000。圖2為RIL群體中72個家系基于PCR擴增的標記驗證。其中上帶和下帶分別表示基因型在玉米第10號染色體148637125bp位置38bp“插入”和“缺失”。Marker為DL2000。圖3為RIL群體插入和缺失基因型個體的根尖數比較。CK和T分別表示正常磷水平對照組和低磷脅迫處理組；*表示0.01≤P≤0.05，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
玉米低磷響應基因ZmARF31的InDeL分子標記，該InDeL分子標記位于玉米第10號染色體148637125bp位置，等位基因為38bp的插入/缺失。

【技術特征摘要】
1.玉米低磷響應基因ZmARF31的InDeL分子標記在耐低磷玉米育種中的應用，該InDeL分子標記位于玉米第10號染色體148637125bp位置，等位基因為38bp的插入/缺失，所述38bp的序列如SEQIDNO.4所示。2.如權利要求1所述的應用，其特征在于，InDeL分子標記位點側翼序列如SEQIDNO.1所示。3.玉米低磷響應基因ZmARF31的InDeL分子標記在根尖數高的玉米育種中的應用，該InDeL分子標記位于玉米第10號染色體148637125bp位置，等位基因為38bp的插入/缺失，所述38bp的序列如SEQIDNO.4所示；用于檢測該InDeL分子標記的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盧艷麗，劉玲，吳鋒鍇，王琦，胡博晶，徐潔，高世斌，唐祈林，蘭海，劉堅，
申請(專利權)人：四川農業大學，
類型：發明
國別省市：四川;51