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摘要：玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因是显性矮化基因，由于其突变体在DELLA区的碱基缺失而使其呈组成型表达抑制GA响应，从而表现出植株矮小，种子发芽率低，叶片呈暗绿色等特性。对玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因在来源广泛的96份玉米自交系中进行了目标序列重测序，并与株高和穗位高2个株型性状以及穗长、穗粗、轴粗、穗质量、行粒数、穗行数和粒质量7个穗部性状进行关联分析。[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因在供试玉米自交系中共有66个变异位点，包括18个SNP和48个InDel。在编码区发现24个变异位点，包括6个SNP和18个InDel位点。关联分析发现，玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因中1个非同义突变位点与株高显著关联，另外1个非同义突变位点与穗长显著关联。
关键词：玉米；骨干亲本基因；株高；关联分析
中图分类号： S513.03文献标志码：
赤霉素是植物重要的生长调控因子[1]，其最主要的功能就是控制茎的伸长生长。大量矮秆基因的研究结果表明，株高与赤霉素生物合成和赤霉素信号转导途径相关。
GA信号传导途径中基因突变时，部分持续对GA响应的突变体表现为徒长，植株纤细并且葉片灰绿，这和施加过量GA的植株表型一样；而无法对GA响应的突变体表现为叶片深绿、植株矮化、育性降低等，这与GA突变体合成受阻的表型相同，并且不可以通过外源施加GA得以恢复[2-3]。在植物体中，DELLA蛋白质是GA响应的最主要抑制因子，而GA传导途径的开启主要是通过解除这种抑制作用得以实现。DELLA蛋白质在N端的DELLA结构域中有2个保守元件：DELLA和VHYNP，这2个元件的DELLA类蛋白能够抑制对赤霉素的响应。本研究中的玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因，其3个突变体[WTBX][STBX]d8-1、d8-2023[WTBZ][STBZ]和[WTBX][STBX]d8-Mp1[WTBZ][STBZ]在DELLA区、VHYNP区且2个区域同时缺失氨基酸导致植株呈明显矮化[4]。这些表明，[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因通过在GA转导途径抑制GA响应，来达到调控株高的目的。
玉米是世界三大粮食作物之一，也是集粮、饲、经“三元一体”的优势作物。2003年我国科学家率先提出了农作物“骨干亲本”的概念。此后，很多研究者利用分子标记技术，对玉米、小麦、大麦等作物的一些骨干亲本进行了分析，认为深入研究并充分利用骨干亲本有助于育种效率的显著提高。在我国的玉米生产中骨干亲本主要有黄早四、MO17、掖478、丹340、自330这5个骨干亲本，在育种中发挥了很重要的作用[5]。此外，作物的株高与抗倒性、产量等性状紧密相关，是重要农艺性状之一。目前，矮秆作物在生产上已经显示了巨大的增产潜力，矮秆基因的发掘及遗传研究利用在育种中越来越受重视。在玉米中，已经有大量的矮秆突变体被发现，其中玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]是一种对外源GA响应并发生改变的矮化突变体。研究表明，玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]突变体是由于[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因的DELLA结构域有碱基的缺失和突变，从而导致了矮秆的突变表型[6]。因此，[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因与株高的关联分析研究十分重要。此前，Thornsberry等首次运用了基于候选基因关联分析的方法研究了玉米的[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因，发现[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因中有9个多态性位点与玉米开花期的变化显著相关[4]；Camus-Kulandaivelu 等选用不同的玉米自交系也得出相同结论[7]。Andersen等用另一玉米自交系群体试验证明玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因序列多样性与开花期和株高有关[8]。本研究选用来源广泛的96份玉米自交系（包括5大骨干亲本及其衍生系及糯玉米自交系）作为试验对象，在对目标基因测序的基础上，结合株高性状的测定结果，利用候选基因的关联分析方法，解析自然变异群体中[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因的序列变异对株高等性状的作用及其影响，从而筛选出一些重要的变异位点以及优异位点组合，为我国玉米骨干自交系优良基因的有效利用和玉米优质育种提供理论依据和技术支撑[9]。
1材料与方法
1.1试验材料
本研究选取具有广泛代表性的玉米自交系96份，包括我国温带玉米的5个杂种优势群的代表性种质、热带/亚热带种质、糯玉米自交系和来源于国外的种质材料（表1）。供试材料于2014年夏季种植于青岛基地，田间试验采用完全随机设计，重复2次。每个材料种植2行，每行10株，常规水肥田间管理。授粉20天后，每行选取5株，分别测量株高和穗位高。果穗收获后晾干，考察穗部性状，包括穗长、穗粗、轴粗、穗质量、行粒数、穗行数、穗粒数。
1.2DNA的提取和基因重测序
采用改良的CTAB 法[10]完成DNA提取。用分光光度計检测DNA浓度，并以B73的[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因（GRMZM2G144744）序列为模板，在供试材料中采用NimbleGen[11]平台技术进行目标基因区段序列捕获并重测序。基因的目标序列定点捕获和重测序委托华大基因有限公司完成。NimbleGen定点序列捕获主要是利用杂交和DNA微阵列技术基因分离原理来捕获目标区域，与目前被广泛采用的基因组重测序技术相比，该方法具有高特异性和高覆盖度、捕获区域可按需设计和省时省力等优点。
关键词：玉米；骨干亲本基因；株高；关联分析
中图分类号： S513.03文献标志码：
赤霉素是植物重要的生长调控因子[1]，其最主要的功能就是控制茎的伸长生长。大量矮秆基因的研究结果表明，株高与赤霉素生物合成和赤霉素信号转导途径相关。
GA信号传导途径中基因突变时，部分持续对GA响应的突变体表现为徒长，植株纤细并且葉片灰绿，这和施加过量GA的植株表型一样；而无法对GA响应的突变体表现为叶片深绿、植株矮化、育性降低等，这与GA突变体合成受阻的表型相同，并且不可以通过外源施加GA得以恢复[2-3]。在植物体中，DELLA蛋白质是GA响应的最主要抑制因子，而GA传导途径的开启主要是通过解除这种抑制作用得以实现。DELLA蛋白质在N端的DELLA结构域中有2个保守元件：DELLA和VHYNP，这2个元件的DELLA类蛋白能够抑制对赤霉素的响应。本研究中的玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因，其3个突变体[WTBX][STBX]d8-1、d8-2023[WTBZ][STBZ]和[WTBX][STBX]d8-Mp1[WTBZ][STBZ]在DELLA区、VHYNP区且2个区域同时缺失氨基酸导致植株呈明显矮化[4]。这些表明，[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因通过在GA转导途径抑制GA响应，来达到调控株高的目的。
玉米是世界三大粮食作物之一，也是集粮、饲、经“三元一体”的优势作物。2003年我国科学家率先提出了农作物“骨干亲本”的概念。此后，很多研究者利用分子标记技术，对玉米、小麦、大麦等作物的一些骨干亲本进行了分析，认为深入研究并充分利用骨干亲本有助于育种效率的显著提高。在我国的玉米生产中骨干亲本主要有黄早四、MO17、掖478、丹340、自330这5个骨干亲本，在育种中发挥了很重要的作用[5]。此外，作物的株高与抗倒性、产量等性状紧密相关，是重要农艺性状之一。目前，矮秆作物在生产上已经显示了巨大的增产潜力，矮秆基因的发掘及遗传研究利用在育种中越来越受重视。在玉米中，已经有大量的矮秆突变体被发现，其中玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]是一种对外源GA响应并发生改变的矮化突变体。研究表明，玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]突变体是由于[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因的DELLA结构域有碱基的缺失和突变，从而导致了矮秆的突变表型[6]。因此，[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因与株高的关联分析研究十分重要。此前，Thornsberry等首次运用了基于候选基因关联分析的方法研究了玉米的[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因，发现[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因中有9个多态性位点与玉米开花期的变化显著相关[4]；Camus-Kulandaivelu 等选用不同的玉米自交系也得出相同结论[7]。Andersen等用另一玉米自交系群体试验证明玉米[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因序列多样性与开花期和株高有关[8]。本研究选用来源广泛的96份玉米自交系（包括5大骨干亲本及其衍生系及糯玉米自交系）作为试验对象，在对目标基因测序的基础上，结合株高性状的测定结果，利用候选基因的关联分析方法，解析自然变异群体中[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因的序列变异对株高等性状的作用及其影响，从而筛选出一些重要的变异位点以及优异位点组合，为我国玉米骨干自交系优良基因的有效利用和玉米优质育种提供理论依据和技术支撑[9]。
1材料与方法
1.1试验材料
本研究选取具有广泛代表性的玉米自交系96份，包括我国温带玉米的5个杂种优势群的代表性种质、热带/亚热带种质、糯玉米自交系和来源于国外的种质材料（表1）。供试材料于2014年夏季种植于青岛基地，田间试验采用完全随机设计，重复2次。每个材料种植2行，每行10株，常规水肥田间管理。授粉20天后，每行选取5株，分别测量株高和穗位高。果穗收获后晾干，考察穗部性状，包括穗长、穗粗、轴粗、穗质量、行粒数、穗行数、穗粒数。
1.2DNA的提取和基因重测序
采用改良的CTAB 法[10]完成DNA提取。用分光光度計检测DNA浓度，并以B73的[WTBX][STBX]Dwarf8[WTBZ][STBZ]基因（GRMZM2G144744）序列为模板，在供试材料中采用NimbleGen[11]平台技术进行目标基因区段序列捕获并重测序。基因的目标序列定点捕获和重测序委托华大基因有限公司完成。NimbleGen定点序列捕获主要是利用杂交和DNA微阵列技术基因分离原理来捕获目标区域，与目前被广泛采用的基因组重测序技术相比，该方法具有高特异性和高覆盖度、捕获区域可按需设计和省时省力等优点。