Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định và lập bản đồ gen di truyền cho rht-DM, một gen lùn trội trong giống ngô bán lùn đột biến bằng cách tiếp cận QTL-seq
Tóm tắt
Tính trạng bán lùn là một đặc điểm nông nghiệp quan trọng trong việc nhân giống cho năng suất cao ổn định và khả năng chống lại thiệt hại do gió và mưa (khả năng chống đổ). Nhiều QTL và gen gây ra kiểu hình lùn đã được phát hiện trong ngô. Tuy nhiên, do tổn thất năng suất liên quan đến những QTL và gen này, việc sử dụng chúng trong nhân giống ngô lùn gặp nhiều khó khăn. Do đó, việc tìm kiếm các gen hoặc vật liệu lùn mới mà không có đặc điểm không mong muốn là rất quan trọng. Mục tiêu của nghiên cứu này là: (1) tìm hiểu sự di truyền của tính trạng bán lùn ở các dòng đột biến; (2) lập bản đồ gen lùn hoặc QTL. Các dòng thuần chủng ngô ‘18599’ và ‘DM173’, mà DM173 là đột biến lùn thu được từ dòng thuần ‘173’ thông qua bức xạ tia γ 60Co. Quần thể F2 và BC1F1 được sử dụng cho phân tích di truyền. Công nghệ giải trình tự toàn bộ genome (QTL-seq) được thực hiện để lập bản đồ gen lùn và xác định các dấu hiệu SNP trong vùng dự đoán sử dụng khối lùn và khối cao từ quần thể F2. Dựa trên các dấu hiệu SNP đa hình từ QTL-seq, chúng tôi đã thực hiện định vị chính xác gen lùn bằng cách sử dụng quần thể F2. Trong quần thể F2, có 398 cây lùn và 135 cây cao. Kết quả từ các thử nghiệm χ2 cho thấy tỷ lệ cây lùn so với cây cao phù hợp với tỷ lệ 3:1. Hơn nữa, các thử nghiệm χ2 của quần thể BC1F1 cho thấy tỷ lệ này phù hợp với tỷ lệ 1:1. Dựa trên QTL-seq, gen lùn được xác định nằm ở vùng từ 111.07 đến 124.56 Mb của nhiễm sắc thể 9, và chúng tôi đã đặt tên là rht-DM. Sử dụng lập bản đồ QTL truyền thống với các dấu hiệu SNP, gen rht-DM đã được giảm xuống vùng 400 kb giữa SNP-21 và SNP-24. Hai SNP nằm ở 0.43 và 0.11 cM. Phân tích phân ly của F2 và BC1F1 cho thấy gen lùn có khả năng là gen trội.
Từ khóa
#gen lùn #ngô bán lùn #lập bản đồ gen #phân tích di truyền #QTL-seqTài liệu tham khảo
Abe A, Kosugi S, Yoshida K, Natsume S, Takagi H, Kanzaki H, Matsumura H, Yoshida K, Mitsuoka C, Tamiru M, Innan H, Cano L, Kamoun S, Terauchi R (2012) Genome sequencing reveals agronomically important loci in rice using MutMap. Nat Biotech 30(2):174–178
Cao Y, Wang G, Wang S, Wei Y, Lu J, Xie Y, Dai J (2000) Construction of a genetic map and location of quantitative trait loci for dwarf trait in maize by RFLP markers. Chin Sci Bull 45(3):247–250
Das S, Upadhyaya HD, Bajaj D, Kujur A, Badoni S, Laxmi; Kumar V, Tripathi S, Gowda CLL, Sharma S, Singh S, Tyagi AK, Parida SK (2015) Deploying QTL-seq for rapid delineation of a potential candidate gene underlying major trait-associated QTL in chickpea. DNA Res 22(3):193–203
Das S, Singh M, Srivastava R, Bajaj D, Saxena MS, Rana JC, Bansal KC, Tyagi AK, Parida SK (2016) mQTL-seq delineates functionally relevant candidate gene harbouring a major QTL regulating pod number in chickpea. DNA Res 23(1):53–65
Doebley J, Stec A, Hubbard L (1997) The evolution of apical dominance in maize. Nature 386(6624):485
Doyle JJ, Doyle JL (1990) Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus 12:13–15
Fekih R, Takagi H, Tamiru M, Abe A, Natsume S, Yaegashi H, Sharma S, Sharma S, Kanzaki H, Matsumura H, Saitoh H, Mitsuoka C, Utsushi H, Uemura A, Kanzaki E, Kosugi S, Yoshida K, Cano L, Kamoun S, Terauchi R (2013) MutMap+: genetic mapping and mutant identification without crossing in rice. PLoS One 8(7):e68529
Fujioka S, Yamane H, Spray CR, Gaskin P, Macmillan J, Phinney BO, Takahashi N (1988) Qualitative and quantitative analyses of Gibberellins in vegetative shoots of normal, dwarf-1, dwarf-2, dwarf-3, and dwarf-5 seedlings of Zea mays L.. Plant Physiol 88(4):1367–1372
Glover DV (1970) Location of a gene in maize conditioning a reduced plant stature1. Crop Sci 10(5):611–612
Harberd NP, Freeling M (1989) Genetics of dominant gibberellin-insensitive dwarfism in maize. Genetics 121(4):827–838
Johnson EC, Fischer KS, Edmeades GO, Palmer AFE (1986) Recurrent selection for reduced plant height in lowland tropical Maize1. Crop Sci 26(2):253–260
Khush GS (2001) Green revolution: the way forward. Nat Rev Genet 2(10):815–822
Kosambi DD (1943) The esitmation of map distances from recombination values. Ann Eugen 12(1):172–175
Lawit SJ, Wych HM, Xu D, Kundu S, Tomes DT (2010) Maize DELLA Proteins dwarf plant8 and dwarf plant9 as modulators of plant development. Plant Cell Physiol 51(11):1854–1868
Li H, Durbin R (2009) Fast and accurate short read alignment with Burrows–Wheeler transform. Bioinformatics 25(14):1754–1760
Li Y, Wang T (2010) Germplasm base of maize breeding in China and formation of foundation parents. J Maize Sci 18(5):1–8
Li H, Wang Y, Li X, Gao Y, Wang Z, Zhao Y, Wang M (2011) A GA-insensitive dwarf mutant of Brassica napus L. correlated with mutation in pyrimidine box in the promoter of GID1. Mol Biol Rep 38(1):191–197
Li XP, Zhou ZJ, Ding JQ, Wu YB, Zhou B, Wang RX, Ma JL, Wang SW, Zhang XC, Xia ZL, Chen JF, Wu JY (2016) Combined linkage and association mapping reveals QTL and candidate genes for plant and ear height in maize. Front Plant Sci 7:833
Liu T, Zhang J, Wang M, Wang Z, Li G, Qu L, Wang G (2007) Expression and functional analysis of ZmDWF4, an ortholog of Arabidopsis DWF4 from maize (Zea mays L.). Plant Cell Rep 26(12):2091–2099
Lu H, Lin T, Klein J, Wang S, Qi J, Zhou Q, Sun J, Zhang Z, Weng Y, Huang S (2014) QTL-seq identifies an early flowering QTL located near flowering locus T in cucumber. Theor Appl Genet 127(7):1491–1499
Monna L, Kitazawa N, Yoshino R, Suzuki J, Masuda H, Maehara Y, Tanji M, Sato M, Nasu S, Minobe Y (2002) Positional cloning of rice semidwarfing gene, sd-1: rice “Green Revolution Gene” encodes a mutant enzyme involved in gibberellin synthesis. DNA Res 9(1):11–17
Multani DS, Briggs SP, Chamberlin MA, Blakeslee JJ, Murphy AS, Johal GS (2003) Loss of an MDR transporter in compact stalks of maize br2 and Sorghum dw3 Mutants. Science 302(5642):81–84
Neuffer MG, Coe EH, Wessler SR (1997) Mutants of maize. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring
Ogawa M, Kusano T, Koizumi N, Katsumi M, Sano H (1999) Gibberellin-responsive genes: high level of transcript accumulation in leaf sheath meristematic tissue from Zea mays L.. Plant Mol Biol 40(4):645–657
Peng J, Richards DE, Hartley NM, Murphy GP, Devos KM, Flintham JE, Beales J, Fish LJ, Worland AJ, Pelica F, Sudhakar D, Christou P, Snape JW, Gale MD, Harberd NP (1999) ‘Green revolution’ genes encode mutant gibberellin response modulators. Nature 400(6741):256–261
Qin X, Feng F, Li Y, Xu S, Siddique KHM, Liao Y (2016) Maize yield improvements in China: past trends and future directions. Plant Breed 135(2):166–176
Qiu ZG, Yang H, Yuan L, Zhang YQ, Zhang CB, Tang L, Rong TZ, Cao MJ (2015) Identificaiton and genetic analysis of a new dwarf mutant in maize. Acta Agri Boreali Sin 30(6):112–118
Salvi S, Tuberosa R (2005) To clone or not to clone plant QTLs: present and future challenges. Trends Plant Sci 10(6):297–304
Spray CR, Kobayashi M, Suzuki Y, Phinney BO, Gaskin P, MacMillan J (1996) The dwarf-1 (dt) mutant of Zea mays blocks three steps in the gibberellin-biosynthetic pathway. Proc Natl Acad Sci 93(19)10515–10518
Takagi H, Abe A, Yoshida K, Kosugi S, Natsume S, Mitsuoka C, Uemura A, Utsushi H, Tamiru M, Takuno S, Innan H, Cano LM, Kamoun S, Terauchi R (2010) QTL-seq: rapid mapping of quantitative trait loci in rice by whole genome resequencing of DNA from two bulked populations. Plant J 74(1):174–83
Tao Y, Zheng J, Xu Z, Zhang X, Zhang K, Wang G (2004) Functional analysis of ZmDWF1, a maize homolog of the Arabidopsis brassinosteroids biosynthetic DWF1/DIM gene. Plant Sci 167(4):743–751
Van Ooijen J (2006) JoinMap 4, Software for the calculation of genetic linkage maps in experimental populations
Wang K, Li M, Hakonarson H (2010a) ANNOVAR: functional annotation of genetic variants from high-throughput sequencing data. Nucleic Acids Res 38(16):e164–e164
Wang YJ, Miao N, Shi YT, Deng DX, Bian YL (2010b) Genetic analysis of a dominant dwarf mutant in maize. Acta Agri Boreali Sin 25(5):90–93
Wang S, Basten C, Zeng Z (2012) Windows QTL Cartographer v2.5
Weng J, Xie C, Hao Z, Wang J, Liu C, Li M, Zhang D, Bai L, Zhang S, Li X (2011) Genome-wide association study identifies candidate genes that affect plant height in Chinese elite maize (Zea mays L.) inbred lines. PLoS One 6(12):e29229
Winkler RG, Helentjaris T (1995) The maize Dwarf3 gene encodes a cytochrome P450-mediated early step in Gibberellin biosynthesis. Plant Cell 7(8):1307–1317
Zheng W, Wang Y, Wang L, Ma Z, Zhao J, Wang P, Zhang L, Liu Z, Lu X (2016) Genetic mapping and molecular marker development for Pi65(t), a novel broad-spectrum resistance gene to rice blast using next-generation sequencing. Theor Appl Genet 129(5):1035–1044
Zhu XD, Xiong ZM, Min SK, Qian Q, Zeng DL, Zhang XH, YAN HH (1997) Inheritance of poly-gene controlling dwarfism of indica rice 83N1041 and its prospective value in breeding program. Acta Agri Zhejiangensis 9(2):66–70