玉米耐旱基因ZmMAPKKK1及其耐旱分子标记InDel-720和应用

本发明涉及植物基因工程领域，具体涉及一种玉米耐旱基因zmmapkkk1及其耐旱分子标记indel-720和应用。

背景技术：

1、玉米(zea mays l.)是一年生禾本科草本植物，原产于中美洲和南美洲，有饲料、食品、药物和工业等多种用途，随着航海时代的到来，这种作物逐渐成为了全球性经济作物。2019年，我国玉米播种面积达到了4128万公顷，总产量26077万吨，是国内种植最广、产量最高的农作物。而日益严重的干旱问题是影响玉米产量的重要因素，而随着高产玉米的人工选育，植株的耐旱性在整体上有所下降，因此寻找到玉米中耐旱相关基因，并挖掘到优良等位变异，对玉米耐旱育种意义重大。

2、促分裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，mapk)级联信号传导途径是已知的在植物逆境胁迫响应上发挥重要作用的信号通路之一，但是玉米中的mapk级联干旱应答途径的功能研究较少且zmmapkkks的研究更是处于初始阶段。因此寻找玉米中耐旱相关zmmapkkks对耐旱育种意义重大。

3、与水稻、拟南芥等模式植物相比，玉米因丰富的自然变异而拥有更快的连锁不平衡衰减速率，为寻找优良变异位点提供了便捷，而这些功能变异位点无疑将有潜力作为遗传基础与分子标记，为良种选育提供新方向，加快育种速度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种玉米耐旱基因zmmapkkk1及其耐旱分子标记indel-720和应用。

2、为实现上述目的，本发明设计的技术方案如下：

3、本发明提供了一种玉米耐旱基因zmmapkkk1，所述耐旱基因zmmapkkk1 cds的核苷酸序列如seq id no:1所示。

4、上述耐旱基因zmmapkkk1编码的耐旱蛋白zmmapkkk1，其氨基酸序列如seq id no:2所示。

5、本发明还提供了一种用于获得上述的玉米耐旱基因zmmapkkk1 cds序列的引物对，所述引物对分别为：

6、f1：atggcgccctctgccgctgccccagg；

7、r1：tcacttcacattcattgcagcgg。

8、本发明还提供了一种上述耐旱基因zmmapkkk1或耐旱蛋白zmmapkkk1在培育耐旱玉米中的应用。

9、本发明还提供了一种玉米耐旱相关性状标记indel-720，所述标记indel-720的核苷酸序列如seq id no:3所示：

10、ttgactggtaactttaaa。

11、本发明还提供了一种用于获得上述的标记indel-720的引物对，所述引物对分别为：

12、f2：acttgcatgacattgctgtg

13、r2：catacattcatggagcagagc。

14、本发明还提供了一种上述引物对在鉴定具有优良耐旱性状玉米品种中的应用。

15、本发明还提供了一种鉴定具有优良耐旱性状玉米品种的试剂盒，所述试剂盒包含上述的引物对。

16、本发明还提供了一种鉴定具有优良耐旱性状玉米品种的方法，包括以下步骤：

17、1)提取待检测玉米品种的dna；

18、2)设计引物对，引物对如下：

19、f2：acttgcatgacattgctgtg

20、r2：catacattcatggagcagagc；

21、3)以上述dna为模板进行pcr扩增；

22、4)电泳：

23、当条带大小为143bp时，说明该玉米品种在indel-720标记处插入18bp片段，则待检测玉米品种为耐旱型；

24、或者，当条带大小为122bp时，说明该玉米品种在indel-750标记处缺失18bp片段，则待检测玉米品种为敏感型。

25、本发明还提供了一种上述玉米耐旱性标记indel-720在改良玉米耐旱相关性状和辅助育种中的应用。

26、本发明原理：

27、本发明利用关联群体材料中高密度的单核苷酸多态性标记和玉米自交系干旱处理条件下的存活率数据，对玉米中74个zmmapkkks做了候选基因关联分析。在一般线性模型glm和混合线性模型mlm下，grmzm2g039106与玉米干旱存活率表型的相关性均小于0.001(表1)。随后将其命名为zmmapkkk1,并对它进行进一步的功能及机理研究。然后挑选了50份耐旱材料与50份敏感材料，对zmmapkkk1编码区及上下游进行了重测序。发现zmmapkkk1终止密码子tga后720bp的位置存在一个18bpindel，cimbl55等耐旱材料在该位点普遍存在插入，而b73等敏感材料则多为缺失类型。关联分析结果表明，该位点与玉米耐旱性显著相关(图2)，因此该位点可以开发成为玉米耐旱分子标记，所述抗旱标记indel-720的插入位点在玉米自交系b73第五版基因组上的物理位置为4号染色体的180,439,626-180,439,627之间。

28、本发明的有益效果：

29、本发明通过玉米关联群体材料中高密度的单核苷酸多态性标记和干旱处理条件下的存活率数据，候选基因关联分析发现grmzm2g039106基因与干旱存活率表型显著相关，随后将其命名为zmmapkkk1，通过转基因表型确认，该基因为干旱正调控因子。该基因的克隆扩大了玉米抗旱研究的基因资源，为运用基因工程技术提高植物尤其是玉米抗旱性，提供了更加丰富的优良候选基因。后续我们发现zmmapkkk1终止密码子tga后720bp的位置存在一个18bp的插入缺失，并验证了该位点18bp的插入是一个抗旱优良等位变异，有被作为分子标记用于玉米抗旱遗传改良的潜在应用价值，对推动玉米育种进程具有重要的理论和实践意义。

技术特征：

1.一种玉米耐旱基因zmmapkkk1，其特征在于：所述耐旱基因zmmapkkk1 cds的核苷酸序列如seq id no:1所示。

2.一种权利要求1所述耐旱基因zmmapkkk1编码的耐旱蛋白zmmapkkk1，其氨基酸序列如seq id no:2所示。

3.用于获得权利要求1所述的玉米耐旱基因zmmapkkk1cds序列的引物对，其特征在于：所述引物对分别为：

4.一种权利要求1所述耐旱基因zmmapkkk1或耐旱蛋白zmmapkkk1在培育耐旱玉米中的应用。

5.一种玉米耐旱相关性状标记indel-720，其特征在于：所述标记indel-720的核苷酸序列如seq id no:3。

6.用于获得权利要求1所述的标记indel-720的引物对，其特征在于：所述引物对分别为：

7.一种权利要求6所述引物对在鉴定具有优良耐旱性状玉米品种中的应用。

8.一种鉴定具有优良耐旱性状玉米品种的试剂盒，其特征在于：所述试剂盒包含权利要求6所述的引物对。

9.一种鉴定具有优良耐旱性状玉米品种的方法，其特征在于：包括以下步骤：

10.一种权利要求5所述玉米耐旱性标记indel-720在改良玉米耐旱相关性状和辅助育种中的应用。

技术总结
本发明公开了一种玉米耐旱基因ZmMAPKKK1及其耐旱分子标记InDel‑720和应用，所述耐旱基因ZmMAPKKK1CDS的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示；其氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示。该基因的克隆扩大了玉米抗旱研究的基因资源，为运用基因工程技术提高植物尤其是玉米抗旱性，提供了更加丰富的优良候选基因。后续发现ZmMAPKKK1终止密码子TGA后720bp的位置存在一个18bp的插入缺失，并验证了该位点18bp的插入是一个抗旱优良等位变异，有被作为分子标记用于玉米抗旱遗传改良的潜在应用价值，对推动玉米育种进程具有重要的理论和实践意义。

技术研发人员：代明球,李行知,何能,齐莉丽
受保护的技术使用者：华中农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14