玉米的耐旱性制造技术

本发明专利技术涉及玉米中与耐旱性和碳同位素组成相关的QTL等位基因以及与所述QTL等位基因相关的特异性标记等位基因。本发明专利技术还涉及基于筛选QTL等位基因或标记等位基因的存在来鉴定玉米植物的方法。本发明专利技术还涉及修饰玉米植物耐旱性和碳同位素组成的方法。旱性和碳同位素组成的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】玉米的耐旱性
专利

[0001]本专利技术涉及植物和植物部分(例如玉米)的数量性状位点(QTL)和相关标记，所述QTL和相关标记涉及耐旱性、碳同位素组成、气孔参数和农艺表现和/或与之相关。本专利技术还涉及这种QTL或标记在用于鉴定和/或选择目的，以及在转基因或非转基因植物中的用途。
[0002]专利技术背景
[0003]干旱胁迫是全世界农业系统中生产力最严重的自然限制之一。随着气候变化，作物将经历更频繁的干旱和高温事件，这阻碍了所有植物阶段的生长和发育(IPCC，2014)。尤其是，当这些条件在开花之前、期间和之后影响植物发育时，植物发育和产量的降低几乎是确定的。培育抗旱作物品种是应对上述环境挑战并为农民提供可持续生产系统所需的作物的当务之急。
[0004]Gresset等人(2014.Stable carbon isotope discrimination is under genetic control in the C4 species maize with several genomic regions influencing trait expression.Plant Physiology,164(1),131
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143)报道了对专有玉米(Zea mays L.)基因渗入文库(IL)的分析，以揭示碳同位素组成(δ13C)的潜在遗传控制，其中基因渗入文库(IL)衍生自欧洲优良马齿型(European elite dent)作为轮回亲本(RP)和Flint系作为供体亲本(DP)获得的两个KWS SAAT SE近交系。在田间和温室条件下检测到δ13C的高度遗传性显著遗传变异。根据77个IL系的评价，作者能够鉴定影响δ13C的22个基因组区域。其位于染色体6和7上的两个靶区域似乎特别相关(图1A)。
[0005]碳同位素组成可用作推断有关C3物种蒸腾效率信息的代表(Farquhar et al.,1989.Carbon isotope discrimination and photosynthesis.Annual review of plant biology,40(1),503
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537)。在C4物种中的若干研究已经显示δ13C和水分利用效率之间呈负相关(WUE；Henderson et al.,1998.Correlation between carbon isotope discrimination and transpiration efficiency in lines of the C4 species Sorghum bicolor in the glasshouse and the field.Functional Plant Biology,25(1),111
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123；Dercon et al.,2006.Differential 13C isotopic discrimination in maize at varying water stress and at low to high nitrogen availability.Plant and Soil,282(1
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2),313
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326；Sharwood et al.,2014.Photosynthetic flexibility in maize exposed to salinity and shade.Journal of experimental botany,65(13),3715
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3724.)，其定义为每单位用水量所积累的生物量或产量。
[0006]Avramova等人(2019.Carbon isotope composition,water use efficiency,and drought sensitivity are controlled by a common genomic segment in maize.Theoretical and Applied Genetics,132:53
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63)进一步分析了2014年Gresset等人在7号染色体上携带重叠供体片段的近等基因系，两个近等基因系NIL A和NIL B是从来自基因渗入文库的系之间的杂交开发的。用600k Axiom
TM
玉米基因分型芯片(Unterseer et al.,2014.A powerful tool for genome analysis in maize:development and evaluation of the high density 600 k SNP genotyping array.BMC Genomics,15:
823)进行的基因型分析显示，两种NIL均携带来源于7号染色体上的DP的基因组片段，与RP相比，其显示出籽粒δ13C显著增加。作者假设NIL B(图1C)携带的chr 7(110.76
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166.10Mb)上的基因渗入片段具有影响不同性状的若干QTL，并且对个体性状具有累积效应。后者可以从CHR7上具有比NIL B更小的片段并且对测量参数具有不太显著的影响的NIL A(图1B)推断。此外，NIL A在chr 2上携带第二个大片段，其中定位了先前鉴定的δ13C的QTL(Gresset等，2014)，这可能改变基因渗入对chr 7的影响。
[0007]根据Alvarez Prado等人的研究(2018.Phenomics allows identification of genomic regions affecting maize stomatal conductance with conditional effects of water deficit and evaporative demand.Plant,cell&environment,41(2),314
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326.)，在玉米多样性检测panel中与Avramova等人(124.35
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160.14Mb)在7号染色体上相同的基因组区域中鉴定了影响全植物气孔导度的三个额外QTL(两个具有正效应，一个具有负效应)。
[0008]尽管玉米中7号染色体上的区域已经根据影响碳同位素组成、气孔参数和农艺表现进行了深入研究，但焦点通常更多地针对表型方面和生理学参数而不是基因组性质。已经发现了若干QTL部分地正面、部分地负面地影响耐旱性。这些QTL之间的相互作用尚未充分研究且尚未完全了解。此外，2019年Avramova等人研究的可能携带若干相关QTL的基因组区域具有超过20Mb的相当大，并且合适的分子标记的可用性非常有限，这就是为什么到目前为止这种性状不能有效地用于育种和植物开发的原因。需要对小的基因组区域或致病基因以及分子标记进行基因组表征，以允许在育种过程期间追踪这些基因组区域或基因，并将它们渐渗到新的优良种系中而没有可能的连接的连锁累赘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于鉴定玉米植物或植物部分的方法，其包括筛选位于7号染色体上的QTL等位基因的存在，其中所述QTL等位基因位于包含分子标记A和/或B的染色体区间上，其中分子标记A和B是参照B73参考基因组AGPv2分别对应于位置125861690的C和对应于位置126109267的A的SNP，或分别对应于位置125861690的T和对应于位置126109267的G的SNP，任选地其中分子标记A和/或B位于所述QTL等位基因的侧翼。2.根据权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述QTL等位基因包括分子标记C、D、E和/或F，其中分子标记C、D、E和F是参照B73参考基因组AGPv2分别对应于位置125976029的A、对应于位置127586792的A、对应于位置129887276的C和对应于位置130881551的C的SNP，或者分别对应于位置125976029的G、对应于位置127586792的G、对应于位置129887276的T和对应于位置130881551的SNP，任选地其中分子标记A和/或F位于所述QTL等位基因侧翼。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中筛选所述QTL等位基因的存在包括鉴定分子标记A和B中的任何一个或多个和/或鉴定分子标记A、B、C、D、E和F中的任何一个或多个。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中筛选所述QTL等位基因的存在包括确定位于根据权利要求1至3任一项中所定义的所述QTL中的一种或多种基因的表达水平、活性和/或序列，任选地还包括将所述一种或多种基因的表达水平和/或活性与预定阈值比较。5.用于鉴定玉米植物或植物部分的方法，其包括确定位于根据权利要求1至4中任一项所定义的所述QTL中的一种或多种基因的表达水平、活性和/或序列，任选地还包括将所述一种或多种基因的表达水平和/或活性与预定阈值比较。6.根据权利要求4或5所述的方法，其还包括比较所述一种或多种基因在对照条件和干旱胁迫条件下的表达水平和/或活性。7.修饰玉米植物的方法，其包括改变位于根据权利要求1至4中任一项所定义的QTL中的一种或多种基因的表达水平和/或活性。8.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述一种或多种基因选自Abh4、CSLE1、WEB1、GRMZM2G3977260和Hsftf21，优选Abh4。9.根据权利要求8所述的方法，其中Abh4选自(i)包含SEQ ID NO：9的序列的核苷酸序列；(ii)具有SEQ ID NO：11、14或17的cDNA的核苷酸序列；(iii)编码具有SEQ ID NO：12或15的氨基酸序列的核苷酸序列；(iv)与SEQ ID NO：9、11、14或17的序列具有至少60％同一性的核苷酸序列；(v)编码与SEQ ID NO：12或15的序列具有至少60％同一性的多肽的核苷酸序列；(vi)在严格杂交条件下与(i)、(ii)或(iii)中定义的核苷酸序列的反向互补序列杂交的核苷酸序列；和(vii)核苷酸序列，其编码通过取代、缺失和/或添加一个或多个氨基酸而衍生自由(i)至(vi)的核苷酸序列编码的氨基酸序列的蛋白质；CSLE1选自(i)包含SEQ ID NO：1的序列的核苷酸序列；(ii)具有SEQ ID NO：2的cDNA的核苷酸序列；(iii)编码具有SEQ ID NO：3的氨基酸序列的核苷酸序列；
(iv)与SEQ ID NO：1或2的序列具有至少60％同一性的核苷酸序列；(v)编码与SEQ ID NO：3的序列具有至少60％同一性的多肽的核苷酸序列；(vi)在严格杂交条件下与(i)、(ii)或(iii)中定义的核苷酸序列的反向互补序列杂交的核苷酸序列；和(vii)编码蛋白质的核苷酸序列，所述蛋白质通过取代、缺失和/或添加一个或多个氨基酸而衍生自由(i)至(vi)的核苷酸序列编码的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：慕尼黑工业大学，
类型：发明
国别省市：