近日，北京市农林科学院玉米所在Q1区国际主流期刊Frontiers in Plant Science发表题为“Genetic basis of the oil biosynthesis in ultra-high-oil maize grains with an oil content exceeding 20%”的研究论文。该研究解析了高油玉米形成的遗传分子机理，所开发的sh2-R和su1基因功能性KASP标记对高油甜玉米育种具有重要的应用价值。
高油玉米籽粒含油率高达25%以上（较llinois高油玉米含量率高5个百分点，是由广西大学、广西益宝油料玉米开发有限公司和南宁桂福园农业有限公司共同选育的高油玉米杂交种华健1号选育而来），解析其形成的遗传分子机理对下一步高油玉米育种和遗传改良具有积极促进意义。首先利用B73×高油玉米的F2:3分离群体、BSR-seq及基因等位性测验技术进行分析，发现su1和sh2-R分别提高玉米籽粒含油率4.20个百分点和7.66个百分点。序列分析发现su1基因突变体在第13外显子第145个核苷酸处发生T-C（Trp-Arg）突变，而sh2-R基因突变体在第二内含子中有5451 bp的插入、在第七外显子第121个核苷酸之后有49442 bp的插入变异，且从第七外外显子的第121个碱基到第20外显子间发生倒位突变。根据这两个基因的关键突变位点开发了基因功能性KASP标记，能够成功区分183份玉米材料中su1su1Sh2Sh2、Su1Su1sh2sh2和su1su1sh2sh2不同突变类型。
利用含油率相差6.14个百分点的两个高油玉米构建的F2:3分离群体和BSA-seq定位技术鉴定到另外88个与玉米籽粒油含量相关的QTL,其中16个与先前报道的玉米油相关QTL重叠。RNA-seq分析发现两个高油型甜玉米与两个非高油型甜玉米间的差异表达基因显著性富集于亚油酸代谢，氰基氨基酸代谢，谷胱甘肽代谢，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及氮代谢途径。基于以上分析结果筛选BSA-seq定位区间内的高油候选基因。进一步分析发现候选基因GRMZM2G176998（WD40类β-螺旋重复蛋白）、GRMZG2G021339（homeobox转录因子）和 GRMZM2G167438（3-酮酰基-CoA合成酶）的KASP标记与分离群体中单株的籽粒含油量显著相关；候选基因GRMZM2G099802（GDSL家族酯酶/脂肪酶）催化三酰甘油合成的最后一步，在两个高油型甜玉米中的表达水平显著高于两个非高油型甜玉米（T9和SH251）。
这项工作得到了北京市农林科学院青年基金（QNJJ202028）、院创新能力建设项目（KJCX20210423）和北京市创新团队（BAIC02-20223）项目的资助。副研究员骆美洁博士，卢柏山研究员和史亚兴研究员为共同第一作者，赵久然研究员和王荣焕研究员为通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1168216
日期：2023-05-16
