玉米耐深播QTL精细定位及旱敏感突变体swl3基因定位解析.docxVIP

玉米耐深播QTL精细定位及旱敏感突变体swl3基因定位解析

一、引言

1.1研究背景与意义

玉米（ZeamaysL.）作为全球重要的粮食作物之一，在农业生产中占据着举足轻重的地位。其不仅是人类饮食的重要组成部分，为人们提供丰富的碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等营养成分，更是饲料工业的关键原料，在畜牧业发展中发挥着不可替代的作用。近年来，我国玉米种植面积和产量在谷物中的占比均维持在40%以上，且总体呈现波动增加态势。2023年我国玉米种植面积在谷物中的占比达44.25%，产量占比为45.03%，种植面积达66328.35万亩（约合6.63亿亩），产量达到28884.2万吨（约合2.89亿吨）。

在玉米种植过程中，耐深播和抗旱性是影响其产量和品质的重要因素。我国约20%的玉米种植区为丘陵山地，存在温度低、海拔高、干旱等不利于玉米生长的外界条件。在这些地区，适当提高玉米的播种深度具有保湿、保温、防虫害等作用，是提高种子芽率的有效措施。然而，提高播种深度会带来幼苗出土困难的问题，最终导致玉米出苗率下降。已有研究显示，玉米幼苗顶土出苗的动力源主要来源于中胚轴和胚芽鞘的伸长，故而，中胚轴的长度是决定玉米耐深播能力的重要性状。因此，挖掘调控玉米中胚轴的功能基因及优良功能变异，解析玉米中胚轴伸长的遗传和分子机制是培育耐深播玉米、提高玉米产量、保障我国粮食安全的有效途径。

干旱是全球范围内影响玉米生产的主要非生物胁迫之一。据统计，干旱胁迫可导致玉米减产20%-50%，严重时甚至绝收。我国地域辽阔，部分玉米种植区降水分布不均，干旱频发，给玉米生产带来了极大的挑战。利用玉米干旱敏感突变体，克隆重要的干旱胁迫响应基因，有助于深入了解玉米响应干旱胁迫的分子机理，为培育抗旱性强的玉米新品种提供理论基础和基因资源。

基因定位研究是揭示玉米耐深播和抗旱性遗传机制的关键手段。通过对耐深播相关数量性状位点（QTL）的精细定位以及旱敏感突变体基因的定位，可以明确相关性状的遗传基础，挖掘关键基因，为玉米遗传改良提供精准的分子靶点。这不仅有助于提高玉米品种的耐深播和抗旱能力，减少自然灾害对玉米生产的影响，保障粮食安全；还能降低生产成本，提高农业生产的经济效益和生态效益，对于推动农业可持续发展具有重要意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1玉米耐深播QTL定位研究进展

早期研究显示，玉米中胚轴的伸长受到数量遗传位点（QTL）控制。近年来，国内外学者针对玉米耐深播QTL定位开展了大量研究。迄今为止，研究者一共定位到26个调控中胚轴伸长的QTL。这些研究主要利用不同的玉米遗传群体，如重组自交系（RIL）、回交重组自交系（BIL）、双单倍体（DH）群体等，结合分子标记技术，如简单序列重复（SSR）、单核苷酸多态性（SNP）等，对耐深播相关性状进行QTL定位分析。

然而，目前这些研究大多处于初级定位阶段，存在定位区间较大、精度较低的问题，导致难以准确克隆相关QTL。不同研究之间定位到的QTL存在一定差异，这可能是由于所用遗传群体、环境条件、表型鉴定方法以及分子标记密度等因素的不同所导致。而且，对已定位QTL的遗传效应和作用机制研究还不够深入，限制了其在玉米耐深播育种中的有效应用。因此，进一步开展玉米耐深播QTL的精细定位和克隆研究，明确其遗传机制，对于培育耐深播玉米品种具有重要的理论和实践意义。

1.2.2玉米旱敏感突变体基因定位研究进展

在玉米旱敏感突变体基因定位方面，国内外也取得了一定的研究成果。一些研究通过对自然突变体或人工诱变获得的突变体进行遗传分析和基因定位，试图揭示玉米响应干旱胁迫的分子机制。例如，有研究对在玉米自交系综31田间扩繁过程中发现的干旱敏感突变体ls进行了深入研究，发现该突变体性状受一对主效单基因控制，表现为隐性遗传。通过筛选多态性的分子标记，利用F2分离群体，将LS基因初定位于玉米3号染色体SSR分子标记umc1772和umc2158之间，物理距离为5Mb。还有研究从突变体的筛选中得到一个干旱敏感的玉米突变体，利用Mutmap技术和遗传学分析确定突变基因为ZmIQD27，发现其通过与微管共定位调控玉米次生壁的沉积，影响导管发育及玉米水分运输，从而导致突变体表现对干旱敏感。

然而，目前已鉴定和定位的玉米旱敏感突变体基因数量仍然有限，对于玉米响应干旱胁迫的复杂分子网络的认识还不够全面。部分研究仅完成了基因的初步定位，尚未进行精细定位和克隆，难以深入解析其功能和作用机制。而且，不同突变体之间的遗传背景和表型差异较大，增加了对干旱胁迫响应机制研究的复杂性。因此，继续挖掘和鉴定新的玉米旱敏感突变体，并对其基因进行精细定位和功能研