突变玉米ZmTD1基因在增加玉米穗行数和穗轴粗细中的应用

专利2026-09-15  19


本发明属于植物生物,具体涉及玉米zmtd1基因突变体td1-e8和td1-e27在增加玉米穗行数和穗轴粗细中的应用。


背景技术:

1、玉米(zea may l.)是世界重要的粮食作物之一,也是我国第一大粮食作物。

2、粮食安全对我国至关重要,应当进一步提升我国玉米的产量,特别是培育高产优质的玉米品种更是重中之重。培育高产品种主要依靠两个方面,一方面是通过提高玉米种植密度提升亩产,另一方面通过提高单株产量提升总产,单株产量受千粒重(thousandseed weight,tsw)、穗轴长(ear length,el)及穗轴粗细的影响。yige1通过生长素和糖调控花序分生组织的长短(luo and zhang,2021);ead1(ear apical degeneration 1)作为花序分生组织的维管细胞质膜上的苹果酸转运蛋白,通过调控苹果酸的运输影响花序分生组织的长度(pei et al.,2022)。clv(clavata)-wus(wuschel)负反馈调节通路对玉米茎顶端分生组织和雌穗花序分生组织维持至关重要(fletcher,2018)。

3、clv/wus在多个农作物中的同源基因都影响作物的产量。atclv1和atclv3在番茄里的同源基因fab(fasciated and branched)和fin(fasciated infloresence)通过调控茎顶端的发育和番茄果实心皮数目进而影响番茄果实大小(xu et al.,2015)。atwus在水稻中同源基因oswus在小穗分生组织中表达,其突变体tab1(tillers absent1)几乎不产生分蘖,导致产量降低(tanaka et al.,2015)。atclv1的同源基因td1(thick tasseldwarf1)不在茎顶端分生组织表达,只在花序分生组织中表达,且未有研究发现td1与zmwus1能发生互作,表达区域也不完全相同,但td1和zmwus2均在叶缘基中表达,故有研究推测td1可能会调控zmwus2的表达(bommert et al.,2005;fletcher,2018)。

4、玉米td1强突变体虽然穗行数有所增加,但雌穗发育畸形,不可用于实际生产。所以还有待于筛选只增加穗行数和穗轴粗细,但雌穗发育不畸形的突变体,最终可以应用于实际生产。


技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足,本发明提供了突变玉米zmtd1基因在增加玉米穗行数和穗轴粗细中的应用。通过ems诱变的方法将td1基因cds的第511位碱基突变,获得td1-e8突变体。通过ems诱变的方法将td1基因cds的第1382位碱基突变,获得td1-e27突变体。以上两种突变体均表现出穗行数明显增加、穗轴明显增粗、产量也显著提升,但雌穗发育不畸形。

2、为了达到上述目的,本发明采用了如下的技术方案:

3、1.玉米zmtd1基因,所述zmtd1基因cds序列如序列表seq id no.1所示,核苷酸长度为2991bp。maize gdb(https://maizegdb.org)公布的序列id为zm00001d014793。

4、2.突变玉米zmtd1基因,所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.2所示,其第511bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e8。

5、3.突变玉米zmtd1基因,所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.3所示,其第1382bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e27。

6、4.zmtd1基因在增加玉米产量应用验证方法,包括:(1)ems诱变株系td1-e8和td1-e27检测,(2)ems诱变株系td1-e8和td1-e27发育表型鉴定,(3)ems诱变株系td1-e8和td1-e27穗行数、穗轴粗细和单株总产量等农艺性状的分析。

7、5.突变玉米zmtd1基因在增加玉米穗行数和穗轴粗细中的应用,所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.2所示,其第511bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e8。

8、6.突变玉米zmtd1基因在增加玉米穗行数和穗轴粗细中的应用,所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.3所示,其第1382bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e27。

9、7.突变玉米zmtd1基因增加玉米产量的应用,所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.2所示,其第511bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e8。

10、8.突变玉米zmtd1基因增加玉米产量的应用,所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.3所示,其第1382bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e27。

11、与现有技术相比,本发明的有益效果为:ems诱变的td1-e8和td1-e27植株的穗位高、株高,穗长等农艺性状不受影响,且穗行数增加、产量增加的同时玉米雌穗不会出现穗行排列紊乱的情况。说明该位点突变是一个可利用于提高玉米产量的育种位点。



技术特征:

1.突变玉米zmtd1基因在增加玉米穗行数和穗轴粗细中的应用,其特征在于所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.2所示,其第511bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e8。

2.突变玉米zmtd1基因在增加玉米穗行数和穗轴粗细中的应用,其特征在于所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.3所示,其第1382bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e27。

3.突变玉米zmtd1基因增加玉米产量的应用,其特征在于所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.2所示,其第511bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e8。

4.突变玉米zmtd1基因增加玉米产量的应用,其特征在于所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.3所示,其第1382bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e27。

5.玉米zmtd1基因,其特征在于所述zmtd1基因cds序列如序列表seq id no.1所示,核苷酸长度为2991bp,maize gdb(https://maizegdb.org)公布的序列id为zm00001d014793。

6.突变玉米zmtd1基因,所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.2所示,其第511bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e8。

7.突变玉米zmtd1基因,所述突变玉米zmtd1基因如序列表seq id no.3所示,其第1382bp碱基由野生型c突变为t,所述突变玉米zmtd1基因产生的突变体为td1-e27。

8.zmtd1基因在增加玉米产量应用验证方法,包括:(1)ems诱变株系td1-e8和td1-e27检测,(2)ems诱变株系td1-e8和td1-e27发育表型鉴定,(3)ems诱变株系td1-e8和td1-e27穗行数、穗轴粗细和单株总产量等农艺性状的分析。


技术总结
本发明提供了突变玉米ZmTD1基因在增加玉米穗行数和穗轴粗细中的应用。玉米ZmTD1基因CDS全长为2991bp,通过EMS诱变将ZmTD1 511位碱基由(胞嘧啶)C突变为(胸腺嘧啶)T,获得EMS诱变突变体td1‑e8。将ZmTD1 1382位碱基由(胞嘧啶)C突变为(胸腺嘧啶)T,获得EMS诱变突变体td1‑e27。统计结果表明td1‑e8和td1‑e27的穗行数、穗轴粗细、及单株产量相对B73均有明显提升,穗位高及株高与B73比较未发生差异。这表明通过将TD1基因第511位碱基由C突变为T和第1382位碱基由C突变为T均在增加玉米产量方面有显著效果,是两个可以应用于玉米增产的突变位点。

技术研发人员:苟小平,向梦婕,崔岩伟,卫卓赟,王晓冬,邓定乾,胡津铭
受保护的技术使用者:兰州大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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