与玉米中穗腐病抗性相关联的新颖遗传基因座制造技术

提供了用于鉴定、选择和产生具有增强的穗腐病抗性的玉米植物的组合物和方法。还提供了穗腐病抗性玉米植物和种质。在一些实施例中，提供了鉴定穗腐病抗性玉米植物或种质的方法。这些方法可以包括在所述植物或种质中检测与增强的穗腐病抗性相关联的标记。增强的穗腐病抗性相关联的标记。增强的穗腐病抗性相关联的标记。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与玉米中穗腐病抗性相关联的新颖遗传基因座


[0001]本披露涉及用于鉴定、选择和产生增强的疾病和/或病原体抗性玉米植物的组合物和方法。
[0002]序列表
[0003]本申请附有序列表，该序列表定名为81918
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WO
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Seq_ST25.txt，创建于2020年8月10日，大小为大约192kb。本序列表通过援引以其全文并入本文。本序列表随同此申请经由EFS
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Web提交，并且符合37 C.F.R.
§
1.824(a)(2)
‑
(6)和(b)。

技术介绍

[0004]玉米穗腐病是威胁全球玉米生产的最具破坏性的真菌病害之一。自1946年在美国首次报道后(Ullstrup 1946)，在南非、墨西哥、巴西、加拿大、德国、印度等许多其他国家已经检测到玉米穗腐病(Logrieco等人2002；Van等人2007)。此后，玉米穗腐病在世界范围内变得日益严重，这归因于易感品种的部署、归档期和贮存后期的高湿度等。在中国，穗腐病首先在河南省报道(Pan等人1987)，然后蔓延到全国所有玉米种植区。据估计，穗腐病通常使产量降低10％
‑
20％，在一些严重感染地区甚至达到50％或更多(REN 1993)。更糟的是，镰刀菌属可产生一系列真菌毒素，如脱氧雪腐镰刀菌烯醇、雪腐镰刀菌烯醇、玉米赤霉烯酮、赭曲毒素、黄曲霉素和伏马菌素。作为致癌物，真菌毒素可能对人类健康是致命的，并且对家畜造成神经管出生缺陷(Rheeder等人1992；Chu等人1994；Missmer等人2006)。
[0005]超过十个镰刀菌属可引起玉米穗腐病，且某种真菌具有其自身有利的感染环境。例如，轮状镰刀菌喜欢低降雨、高湿度环境；同时禾谷镰刀菌喜欢高降雨和凉爽环境(Munkvold 2003)。迄今为止，曲霉穗腐病(AER)、镰刀菌穗腐病(FER)和赤霉菌穗腐病(GER)是世界上最严重和流行的穗腐病之一(Mesterh
á
zy等人2012；Chen等人2009；Li等人2007)。在田间，穗腐病的发生通常是由混合真菌而不是单一真菌引起的。除了穗腐病，禾谷镰刀菌也是其他疾病的致病病原体，如小粒谷物中的小麦赤霉病(FHB)(Sutton 1982)。随着机械采收的大规模应用，穗腐病已成为关键的抑制因子之一，因为受感染的穗在采收期间不能自动去除，从而导致玉米仁被伏马菌素霉菌毒素污染。
[0006]对玉米穗腐病的抗性受多个小效应数量性状基因座(QTL)控制，其表现出加性、显性和加性/显性相互作用遗传效应，其中加性/显性在田间的抗性表现中起关键作用(Boling等人1965；Robertson等人2006；Ding等人2008；Chen等人2012)。在过去的几十年中，已经进行了大量的QTL分析，并且发现抗性QTL散布在所有十个玉米染色体上。在染色体4、5和10上鉴定出3个抗性QTL，以及染色体4上的主要QTL可以解释17.95％的总表型变异(Chen等人2012)。通过使用共享共同易感亲本的两个F
2:3
群体，已经鉴定出9个和7个抗镰刀菌穗腐病的抗性QTL，完全解释了11％
‑
44％的累积表型变异。其中，在两个群体中始终检测到三个，其中一个在染色体3上，两个在6号染色体上(P
é
rez等人2001)。使用来自87
‑
1和Zong 3自交系之间杂交的RIL群体，在染色体3、5、8和10上检测到QTL，其中箱3.04中的两个QTL(每个解释13％
‑
22％的表型变异)在所有环境中始终检测到(Ding等人2008)。在镰刀菌
穗腐病的15个QTL和伏马菌素B1的17个QTL中，发现它们之间共有8个QTL位于染色体1、2、3、6、7和9上，使得有可能选择具有低疾病严重程度和伏马菌素污染的基因型(Valentina等人2017)。最近，发现生长素调节蛋白基因ZmAuxRP1通过调节根生长和抗病性之间的平衡来增强玉米对茎腐病和穗腐病的抗性(Ye等人2018)。
[0007]可以产生高密度分子标记以检测小效应QTL。类似地，高密度标记在全基因组关联研究(GWAS)中对于鉴定许多等位基因是重要的。在267个不同玉米自交系和47,445个SNP的核心小组中，在GWAS中发现3个SNP与穗腐病抗性显著相关，这可解释3％
‑
12％的总基因型变异。其中，2个与负责程序性细胞死亡的基因有关(Zila等人2013)。一年后在2014年，具有1,687个不同自交系和200,978个SNP的同组进行了大规模GWAS分析，在两个群体中均鉴定出7个重要SNP。所有的SNP都位于外显子中，并且相关的基因与多种细胞过程相关(Zila等人2014)。最近，在一组具有43,424个SNP的818个热带自交系中进行了GWAS。共45个SNP与镰刀菌穗腐病显著相关，位于38个候选基因内或附近。箱3.06、4.04、4.08、5.03、5.04和10.03中的6个基因座在先前已报道与镰刀菌穗腐病抗性相关联的区域中，并且箱4.04和9.01中的另两个基因座含有未知功能的基因(Chen等人2016)。
[0008]植物需要操纵复杂的防御策略以防御病原体入侵。在镰刀菌接种后，据报道在抗性和易感玉米品系中均发生转录组重编程。差异表达的基因(DEG)可分为十多个类别，大多数被归类为“细胞拯救、防御和毒力”、编码PR蛋白、解毒酶和β葡糖苷酶等(Alessandra等人2010)。通过分析抗性和易感品系苞片中的大规模DEG，在抗性基因型中极大地诱导了与防御反应相关的基因，例如发病机制相关蛋白1(PR
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1)、渗透蛋白(PR
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5)、RAB GTP结合(RAB)、小泛素样修饰物(SUM)、乙烯反应蛋白(ERF)、S
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腺苷甲硫氨酸合酶(SAMS)、脱落应激蛋白(ABA)、MYB家族转录因子(MYB)(Yuan等人2013)。接种后，与次生代谢类别如莽草酸、木质素、类黄酮和萜类化合物相关的基因在抗性品系中高度表达(Lanubile等人2014)。15个脂氧合酶(LOX)途径基因在接种后(dpi)3或7天在抗性品系中被强烈诱导，而在14dpi在易感品系中被减少或延迟。抗性品系限制了真菌生长和伏马菌素积累，并且这可能与茉莉酸生物合成的基因的激活有关(Maschietto等人2015)。此外，接种前后，抗性品系(CO441和CO433)中PR基因的表达水平在组成上高于易感品系(CO354和CO389)(Maschietto等人2016)。有趣的是，还报道了真菌感染确实在易感品系中诱导了相当多的转录组变化，但在抗性品系中没有，特别是在与碳和氨基酸代谢相关的途径中(Campos
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Bermudez等人2013)。
[0009]抗性种质的收集和评价是抗穗腐病玉米育种的关键。迄今为止，不同的研究机构已经鉴定出数百种抗性玉米品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种鉴定或选择具有增强的穗腐病抗性的玉米植物的方法，所述方法包括以下步骤：a)从玉米细胞或植物部分分离核酸；b)在所述细胞或植物部分中检测与增加的穗腐病抗性相关联的标记的存在，其中所述标记位于选自由以下组成的组的至少一个染色体区间内：(aa)玉米染色体1的对应物理位置3,225,079至4,188,653；(bb)玉米染色体1的对应物理位置221,604,561至222,599,974；(cc)玉米染色体2的对应物理位置8,618,657至9,599,938；(dd)玉米染色体3的对应物理位置14,511,390至215,165,758；(ee)玉米染色体4的对应物理位置242,101,915至243,081,515；(ff)玉米染色体5的对应物理位置186,344,944至187,256,786；(gg)玉米染色体5的对应物理位置207,001,816至215,694,297；(hh)玉米染色体6的对应物理位置85,714,579至86,684,841；(ii)玉米染色体7的对应物理位置136,237,488至137,181,700；(jj)玉米染色体8的对应物理位置3,624,919至4,585,283；(kk)玉米染色体8的对应物理位置9,535,964至10,493,645；(ll)玉米染色体8的对应物理位置164,507,475至172,699,565；(mm)玉米染色体9的对应物理位置11,507,069至135,985,429；(nn)玉米染色体9的对应物理位置151,907,512至152,897,067；以及(oo)玉米染色体10的对应物理位置128,310,945至129,283,212；以及c)基于b)中检测到的标记的存在鉴定或选择所述植物。2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述玉米染色体1的对应物理位置3,225,079至4,188,653包含在对应于物理位置3702462的位置处的A等位基因和在对应于物理位置3702464的位置处的C等位基因中的至少一个；所述玉米染色体1的对应物理位置221,604,561至222,599,974包含在对应于物理位置222146924的位置处的C等位基因；所述玉米染色体2的对应物理位置8,618,657至9,599,938包含在对应于物理位置9122256的位置处的C等位基因；所述玉米染色体3的对应物理位置14,511,390至215,165,758包含在对应于物理位置19344196的位置处的C等位基因、在对应于物理位置19344197的位置处的T等位基因、在对应于物理位置19826372的位置处的A等位基因、在对应于物理位置151251885的位置处的G等位基因、在对应于物理位置199952894的位置处的C等位基因、在对应于物理位置214794069的位置处的T等位基因、和在对应于物理位置214794170的位置处的A等位基因中的至少一个；所述玉米染色体4的对应物理位置242,101,915至243,081,515包含在对应于物理位置242643396的位置处的A等位基因；所述玉米染色体5的对应物理位置186,344,944至187,256,786包含在对应于物理位置186795332的位置处的C等位基因；
所述玉米染色体5的对应物理位置207,001,816至215,694,297包含在对应于物理位置207505420的位置处的A等位基因、在对应于物理位置207505421的位置处的C等位基因、在对应于物理位置212254755的位置处的A等位基因、在对应于物理位置215392749的位置处的A等位基因、和在对应于物理位置215500881的位置处的C等位基因中的至少一个；所述玉米染色体6的对应物理位置85,714,579至86,684,841包含在对应于物理位置86282196的位置处的C等位基因；所述玉米染色体7的对应物理位置136,237,488至137,181,700包含在对应于物理位置136725791的位置处的C等位基因；所述玉米染色体8的对应物理位置3,624,919至4,585,283包含在对应于物理位置4128809的位置处的G等位基因和在对应于物理位置4128860的位置处的A等位基因中的至少一个；所述玉米染色体8的对应物理位置9,535,964至10,493,645包含在对应于物理位置10122708的位置处的A等位基因、在对应于物理位置10122766的位置处的T等位基因和在对应于物理位置10122892的位置处的T等位基因中的至少一个；所述玉米染色体8的对应物理位置164,507,475至172,699,565包含在对应于物理位置164990912的位置处的A等位基因和在对应于物理位置172218916的位置处的C等位基因中的至少一个；所述玉米染色体9的对应物理位置11,507,069至135,985,429包含在对应于物理位置11929493的位置处的C等位基因、在对应于物理位置135483968的位置处的T等位基因和在对应于物理位置135483999的位置处的G等位基因中的至少一个；所述玉米染色体9的对应物理位置151,907,512至152,897,067包含在对应于物理位置152415102的位置处的C等位基因和在对应于物理位置152415196的位置处的T等位基因中的至少一个；以及所述玉米染色体10的对应物理位置128,310,945至129,283,212包含在对应于物理位置128812208的位置处的A等位基因。3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述玉米染色体1的对应物理位置3,225,079至4,188,653包含在对应于物理位置3702462的位置处的A等位基因和在对应于物理位置3702464的位置处的C等位基因中的所有；所述玉米染色体3的对应物理位置14,511,390至215,165,758包含在对应于物理位置19344196的位置处的C等位基因、在对应于物理位置19344197的位置处的T等位基因、在对应于物理位置19826372的位置处的A等位基因、在对应于物理位置151251885的位置处的G等位基因、在对应于物理位置199952894的位置处的C等位基因、在对应于物理位置214794069的位置处的T等位基因、和在对应于物理位置214794170的位置处的A等位基因中的所有；所述玉米染色体5的对应物理位置207,001,816至215,694,297包含在对应于物理位置207505420的位置处的A等位基因、在对应于物理位置207505421的位置处的C等位基因、在对应于物理位置212254755的位置处的A等位基因、在对应于物理位置215392749的位置处的A等位基因、和在对应于物理位置215500881的位置处的C等位基因中的所有；
所述玉米染色体8的对应物理位置3,624,919至4,585,283包含在对应于物理位置4128809的位置处的G等位基因和在对应于物理位置4128860的位置处的A等位基因中的所有；所述玉米染色体8的对应物理位置9,535,964至10,493,645包含在对应于物理位置10122708的位置处的A等位基因、在对应于物理位置10122766的位置处的T等位基因和在对应于物理位置10122892的位置处的T等位基因中的所有；所述玉米染色体8的对应物理位置164,507,475至172,699,565包含在对应于物理位置164990912的位置处的A等位基因和在对应于物理位置172218916的位置处的C等位基因中的所有；所述玉米染色体9的对应物理位置11,507,069至135,985,429包含在对应于物理位置11929493的位置处的C等位基因、在对应于物理位置135483968的位置处的T等位基因和在对应于物理位置135483999的位置处的G等位基因中的所有；所述玉米染色体9的对应物理位置151,907,512至152,897,067包含在对应于物理位置152415102的位置处的C等位基因和在对应于物理位置152415196的位置处的T等位基因中的所有；以及所述玉米染色体10的对应物理位置128,310,945至129,283,212包含在对应于物理位置128812208的位置处的A等位基因。4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中检测通过PCR扩增进行。5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中检测包括：在所述玉米染色体1的对应物理位置3,225,079至4,188,653中，检测在对应于物理位置3702462的位置处的A等位基因和在对应于物理位置3702464的位置处的C等位基因中的至少一个；在所述玉米染色体1的对应物理位置221,604,561至222,599,974中，检测在对应于物理位置222146924的位置处的C等位基因；在所述玉米染色体2的对应物理位置8,618,657至9,599,938中，检测在对应于物理位置9122256的位置处的C等位基因；在所述玉米染色体3的对应物理位置14,511,390至215,165,758中，检测在对应于物理位置19344196的位置处的C等位基因、在对应于物理位置19344197的位置处的T等位基因、在对应于物理位置19826372的位置处的A等位基因、在对应于物理位置151251885的位置处的G等位基因、在对应于物理位置199952894的位置处的C等位基因、在对应于物理位置214794069的位置处的T等位基因、和在对应于物理位置214794170的位置处的A等位基因中的至少一个；在所述玉米染色体4的对应物理位置242,101,915至243,081,515中，检测在对应于物理位置242643396的位置处的A等位基因；在所述玉米染色体5的对应物理位置186,344,944至187,256,786中，检测在对应于物理位置186795332的位置处的C等位基因；在所述玉米染色体5的对应物理位置207,001,816至215,694,297中，检测在对应于物理位置207505420的位置处的A等位基因、在对应于物理位置207505421的位置处的C等位基因、在对应于物理位置212254755的位置处的A等位基因、在对应于物理位置215392749的位
置处的A等位基因、和在对应于物理位置215500881的位置处的C等位基因中的至少一个；在所述玉米染色体6的对应物理位置85,714,579至86,684,841中，检测在对应于物理位置86282196的位置处的C等位基因；在所述玉米染色体7的对应物理位置136,237,488至137,181,700中，检测在对应于物理位置136725791的位置处的C等位基因；在所述玉米染色体8的对应物理位置3,624,919至4,585,283中，检测在对应于物理位置4128809的位置处的G等位基因和在对应于物理位置4128860的位置处的A等位基因中的至少一个；在所述玉米染色体8的对应物理位置9,535,964至10,493,645中，检测在对应于物理位置10122708的位置处的A等位基因、在对应于物理位置10122766的位置处的T等位基因和在对应于物理位置10122892的位置处的T等位基因中的至少一个；在所述玉米染色体8的对应物理位置164,507,475至172,699,565中，检测在对应于物理位置164990912的位置处的A等位基因和在对应于物理位置172218916的位置处的C等位基因中的至少一个；在所述玉米染色体9的对应物理位置11,507,069至135,985,429中，检测在对应于物理位置11929493的位置处的C等位基因、在对应于物理位置135483968的位置处的T等位基因和在对应于物理位置135483999的位置处的G等位基因中的至少一个；在所述玉米染色体9的对应物理位置151,907,512至152,897,067中，检测在对应于物理位置152415102的位置处的C等位基因和在对应于物理位置152415196的位置处的T等位基因中的至少一个；以及在所述玉米染色体10的对应物理位置128,310,945至129,283,212中，检测在对应于物理位置128812208的位置处的A等位基因。6.根据权利要求4所述的方法，其中PCR包括表XI、表XII或表XIII中列出的至少一种探针或引物。7.根据权利要求5所述的方法，其中PCR包括表XII中列出的至少一种探针或引物。8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中在区间(aa)中检测包括在染色体1上在对应于物理位置3702462的位置处的A等位基因或在对应于物理位置3702464的位置处的C等位基因的上游或下游的400K bp内进行检测；在区间(cc)中检测包括在染色体2上在对应于物理位置9122256的位置处的C等位基因的上游或下游的300K bp内进行检测；在区间(dd)中检测包括在染色体3上在对应于物理位置19344196的位置处的C等位基因、在对应于物理位置19344197的位置处的T等位基因、在对应于物理位置19826372的位置处的A等位基因、在对应于物理位置151251885的位置处的G等位基因、在对应于物理位置199952894的位置处的C等位基因、在对应于物理位置214794069的位置处的T等位基因、和在对应于物理位置214794170的位置处的A等位基因中至少一个的上游或下游的300K bp内进行检测；在区间(ee)中检测包括在染色体4上在对应于物理位置242643396的位置处的A等位基因的上游或下游的300K bp内进行检测；在区间(ff)中检测包括在染色体5上在对应于物理位置186795332的位置处的C等位基
因的上游或下游的300K bp内进行检测；在区间(gg)中检测包括在染色体5上在对应于物理位置207505420的位置处的A等位基因、在对应于物理位置207505421的位置处的C等位基因、在对应于物理位置212254755的位置处的A等位基因、在对应于物理位置215392749的位置处的A等位基因、和在对应于物理位置215500881的位置处的C等位基因中至少一个的上游或下游的100K bp内进行检测；在区间(hh)中检测包括在染色体6上在对应于物理位置86282196的位置处的C等位基因的上游或下游的300K bp内进行检测；在区间(ii)中检测包括在染色体7上在对应于物理位置136725791的位置处的C等位基因的上游或下游的400K bp内进行检测；在区间(jj)中检测包括在染色体8上在对应于物理位置4128809的位置处的G等位基因和在对应于物理位置4128860的位置处的A等位基因中至少一个的上游或下游的300K bp内进行检测；在区间(kk)中检测包括在染色体8上在对应于物理位置10122708的位置处的A等位基因、在对应于物理位置10122766的位置处的T等位基因和在对应于物理位置10122892的位置处的T等位基因中至少一个的上游或下游的300K bp内进行检测；在区间(ll)中检测包括在染色体8上在对应于物理位置164990912的位置处的A等位基因和在对应于物理位置172218916的位置处的C等位基因中至少一个的上游或下游的400K bp内进行检测；在区间(mm)中检测包括在染色体9上在对应于物理位置11929493的位置处的C等位基因、在对应于物理位置135483968的位置处的T等位基因和在对应于物理位置135483999的位置处的G等位基因中至少一个的上游或下游的300K bp内进行检测；在区间(nn)中检测包括在染色体9上在对应于物理位置152415102的位置处的C等位基因和在对应于物理位置152415196的位置处的T等位基因中至少一个的上游或下游的300K bp内进行检测；以及在区间(oo)中检测包括在染色体10上在对应于物理位置128812208的位置处的A等位基因的上游或下游的300K bp内进行检测。9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括：(a)将在其基因组内包含所述标记的子代玉米植物与其自身或另一玉米植物杂交，以产生在其基因组内包含所述标记的另外的子代玉米植物。10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括(b)重复(a)的杂交步骤至少2次以产生在其基因组内包含所述标记的其他子代玉米植物。11.一种通过根据权利要求9或权利要求10所述的方法产生的玉米植物。12.一种产生具有增强的穗腐病抗性的玉米植物的方法，所述方法包括以下步骤：a)从玉米细胞或植物部分分离核酸；b)在所述细胞或植物部分中检测与增加的穗腐病抗性相关联的标记的存在，其中所述标记位于选自由以下组成的组的至少一个染色体区间内：(aa)玉米染色体1的对应物理位置3,225,079至4,188,653；(bb)玉米染色体1的对应物理位置221,604,561至222,599,974；(cc)玉米染色体2的对应物理位置8,618,657至9,599,938；
(dd)玉米染色体3的对应物理位置14,511,390至215,165,758；(ee)玉米...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明良，姚丽姗，李艳梅，马传禹，童丽秀，杜腓利，刘清利，B，
申请(专利权)人：先正达农作物保护股份公司先正达生物科技中国有限公司，
类型：发明
国别省市：