開花期耐旱分子模塊的挖掘及應(yīng)用

研究表明，玉米開花前后對干旱脅迫最為敏感，田間持水量輕微程度的降低都可能嚴(yán)重影響玉米的各種生理特性，最終造成玉米產(chǎn)量的損失。為了探尋玉米開花期耐旱的分子機制，解析玉米生殖生育期水分脅迫調(diào)控的分子模塊，我們通過對前期收集的?1?100?份玉米自交系材料在甘肅、新疆和內(nèi)蒙古等地的多年多點干旱處理實驗，對葉片持綠性、雌雄穗開花間隔時間以及產(chǎn)量相關(guān)性狀進行了深入調(diào)查，并對?243?份核心種質(zhì)資源進行芯片檢測和?GWAS?分析，挖掘到了?44?個與花期耐旱顯著相關(guān)的遺傳位點。同時，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序分析，確定了?1?個核心分子模塊。將其導(dǎo)入東北底盤品種“吉單?27”后，葉片的光合速率顯著提高、持綠耐旱性及穩(wěn)產(chǎn)性明顯增強。

根系耐旱分子模塊的挖掘

根系作為植物感知、吸收水分的主要器官，與耐旱性密切相關(guān)。一般來說，發(fā)達的根系更有利于作物在干旱條件下吸收土壤深層的水分，增強其抵抗干旱脅迫的能力。為了深入了解成株期根系構(gòu)型的變化在玉米耐旱中的作用機制，尋找與玉米水分高效利用密切相關(guān)的分子模塊，謝旗研究組從?150?多份自交系中篩選出根系構(gòu)型差異較大的?23?個自交系（12?個根少的自交系和?11?個根多的自交系）進行多年多點的干旱實驗，最終確定?2?號染色體上?~6.66?Mb?的區(qū)間對根系表型具有最大貢獻率。與此同時還構(gòu)建了回交群體，目前正在對包含目標(biāo)區(qū)間的回交個體進行鑒定，并挖掘可能的候選分子模塊。

葉夾角分子模塊的解析及初步應(yīng)用

葉夾角是決定玉米株型的一個主要因素，與產(chǎn)量及耐旱性密切相關(guān)。劉宏濤研究組發(fā)現(xiàn)玉米葉夾角突變體?WF01?和?WF02?均是由莖尖分生組織特異表達基因?RS1?的異位表達所致。通過啟動子序列分析，發(fā)現(xiàn)?WF01?和?WF02?中?RS1?基因的??758?bp?處插入了一個?1089?bp?的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子?Flourf?長末端重復(fù)序列。此外，將這?2?個分子模塊分別導(dǎo)入到“昌?7-2”中，以組配改良的“鄭單?958”。初步測產(chǎn)結(jié)果表明?WF01?回交改育的材料與“鄭單?958”的產(chǎn)量相當(dāng)；下一步將繼續(xù)通過回交以純化背景并提高種植密度，對改良系在正常及水分脅迫條件下的表現(xiàn)與“鄭單?958”進行比較分析。

通過分子模塊先導(dǎo)專項的開展，我國科研人員在玉米分子模塊設(shè)計育種方面取得了一定的進展，挖掘到多個具有重要應(yīng)用價值的玉米水分高效利用分子模塊，并對部分模塊的作用機理、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及功能進行了分析。下一步仍需要繼續(xù)深入探索玉米水分脅迫調(diào)控的遺傳網(wǎng)絡(luò)，鑒定關(guān)鍵分子模塊，挖掘優(yōu)異等位變異，建立“分子模塊—水分脅迫調(diào)控性狀”的關(guān)聯(lián)；同時通過多模塊計算模擬和定向設(shè)計育種技術(shù)將這些關(guān)鍵分子模塊進行優(yōu)化設(shè)計、耦合和組裝，定向改良底盤品種，縮短育種周期，實現(xiàn)玉米水分高效利用新品系的創(chuàng)制。