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1、 河北农业大学 本科毕业论文(设计)题 目： Mu转座子介导的株高突变优势筛选 学 院： 农学院 专业班级： 植物科学与技术0802 学 号： 2008014040202 学生姓名： 田鹏浩 指导教师姓名： 陶勇生 指导教师职称： 副教授 二O一二 年 6月 6日Mu转座子介导的株高突变优势筛选田鹏浩 (河北农业大学，保定 071000)摘要：【目的】Mutator（Mu）转座子是玉米基因组内产生诱变的内源转座因子，其在基因组内的拷贝数和诱变效率远远优于其它转座子。利用Mu转座子介导的玉米株高性状的突变体来研究其遗传特性。通过计算后代株高的分离情况，来验证株高的突变是否与插入有关，以及扩增Mu
2、因子插入位点的侧翼序列，为找到影响株高的基因奠定基础，从而扩展株高突变的分子遗传学研究。此外，还为高产玉米育种提供了种质资源和理论指导。【方法】使用原始Mu群体（uniformMu）与玉米优良自交系综31杂交获得M1代，对其自交后代的M5群体的植株表型进行逐株全生育期的田间调查，根据极端性状的遗传分析和数量性状的统计分析筛选和鉴定Mu转座因子插入诱变的突变群体。【结果】研究结果表明，筛选了M5群体的的75个家系共543株，11BD753、613、728、1748、1779家系出现株高性状的分离，极有可能是Mu插入引起的，其中，11BD753、1779为矮化突变，11BD613、728、1748
3、为高杆突变。【结论】目前经过分析的这几个家系的胚大小性状出现了显著分离，需要进一步对其研究，尤其是要找出Mu插入位点的侧翼序列，再经行基因功能和遗传方面的研究。关键词：玉米 ；Mutator转座子；株高突变；突变分析Screening Mutatormediated Plant Height mutation advantageAbstract: 【Objective】Mutator (Mu) transposons is endogenous transposons producing mutation groups, in maize genomic .Its copies and mut
4、ation frequency are superior to other transposons. By Mutatormediated maize plant height to study their genetic characteristics. By calculating the separation of mutation plant height, to verify whether the plant height is related with the insertion of Mutator, and find Mutator flanking sequences, t
5、hen to lay foundations for finding genes that affect the height of the plant. Moreover, to extend the molecular genetic studies of plant height mutation development, in addition ,to provide germplasm resources and theoretical guidance for breeding high yeild maize. 【Method】Using uniformMu and elite
6、inbred line Z31 crossing got M1 and to its Self-crossed Progeny M4 do the field survey of the plant phenotype during the whole growth stage, and screening and identifying Mutator mediated inspectional mutations basis on genetic analysis of the extreme characters and statistical analysis of the quant
7、itative characters. 【Result】The study results show that the plant height mutation, from M5 groups 75 families, total over 543 plant ,11BD753,613,728,1748,1779 family lines appear separation of plant height, most likely caused by Mu insertion, and 11BD753,1779 family lines appear dwarf mutation,11BD6
8、13,728,1748 family lines appear high pole mutation.【Conclusion】At present there are remarkable separation of this lines after the analysis the character of these maize embryo size, needing more further research on this lines, particularly needing discover the flanking sequence of the Mu insertion an
9、d develop aspect research on gene function and the heredity character . Key words: Maize mays L.; Mu transposons; Plant height mutation; Analysis of mutation1.前言 玉米是当今世界最重要的粮食、饲料、和工业原料作物，是全世界最广泛种植的农作物。株高是水稻株型建成重要的农艺性状之一，直接影响水稻品种的丰产潜力和抗倒性能。为实现玉米高产，育种家把创制耐密型玉米新品种作为主要的育种方向，强调株型育种是提高群体光能利用及协调群体与个体之间矛盾的重
10、要性。玉米B73基因组约85%由转座子组成的，其中含量较多、结构最复杂的是Mutator（Mu）转座子家族1。由于转座子结构和遗传的特点，转座子研究已成为功能基因组研究的重要领域，同时也为创制育种材料提供快速简捷的途径。1948年美遗传学家Mcclintock在对玉米糊粉层花斑不稳定遗传现象的研究过程中，提出DNA转座现象，提出“跳跃基因”的概念，即转座子(transposable elements或transposons) 2。之后，1978年Iowa州立大学的Robertson 3博士首次报道了玉米Mutator转座因子 ,随后他对Mu因子进行了大量而细致的遗传研究,研究表明Mutator
11、作为转座子标签进行植物基因克隆优于其他类型的转座子,于是，掀起了利用玉米Mu转座子创造突变体研究热潮。我国在引进国际先进农业科学技术计划（948计划）资助下，正着手利用Mu转座子构建玉米插入突变体库，进而开展一些玉米功能基因组学的研究。Bennetzen根据Mu内部序列的特异性将Mu插入片段分为6个亚族，即Mul /Mu2，Mu3，Mu4，Mu6/Mu7，Mu8和MuDR/Mu5。为了纪念Donald Robertson特别将以前分别命名为MuA2 、MuR21、 Mu9和Cy的自主性Mu因子统一重新命名为MuDR4。在有Mutator活性的玉米品系中，Mutator拷贝数很高（10-100拷
12、贝/基因组）；Mutator造成的体细胞突变极不稳定并可以产生回复突变；Mutator材料与玉米自交系的杂后代中90%仍具有较高的突变频率5-6, 所有Mu插入片段都具有约220bp的末端反向重复（Terminal Inverted Repeat, TIR），在插入位点处往往产生9bp的靶DNA侧翼序列，但每个Mu插入片段的内部序列差异很大。可以说Mu 因子是目前为止发现的转座活性最高、诱变能力最强的植物转座因子, Mu 因子插入突变已成为诱导玉米产生基因突变和分离、克隆玉米基因的主要方法7。另外，Mu 因子有相对保守的末端反向重复，可以用于设计PCR引物8，提高检测插入突变群体的效率，因此，
13、Mu 因子非常适合用于构建玉米突变体库和分离突变体。本实验以具有高转座活性的Mu转座子材料W22：Mu为供体，以我国优良玉米自交系综31为受体，杂交获得大型插入突变群体；采用田间突变型鉴定、室内籽粒性状考察等方法，筛选突变体；利用优化的Mu-TAIL-PCR技术扩增、克隆、测序、生物信息学分析靶位点侧翼序列，分析玉米Mu介导的白化突变体的插入位点并解析叶绿素合成代谢途径中的相关基因，以期初步了解插入位点所参与的玉米Chl合成代谢途径。本研究旨在构建玉米Mu转座子介导的插入突变体库，并初步阐明玉米叶绿素代谢过程的遗传控制。2.材料和方法2.1材料原始群体来源:以引进含有活性Mu转座子具有插入位点
14、bz1-mum9的W22回交群体(uniformMu)原始群体（美国福罗里达大学）为供体材料（父本）, 供试材料：父本W22与优良玉米自交系Z31为受体杂交, 获得插入诱变F1群体（M1）。表型筛选材料：筛选M5中共75个家系，543个单株为观察对象，对其进行统计分析。2.2 方法本实验在河北农大育种中心试验田里进行，五月二十号种植，出苗后调查出苗率及出苗情况。挂牌，田间管理。用皮尺测量各家系株高、穗位；用长直尺测量穗位叶长、叶宽（取最长和最宽处）；用测角仪测量叶夹角，并记录各家系生长特性和观察有无突变性状。取叶片尖端少许（长为5厘米左右）放入塑料袋，对应编号放入冰盒。实验室提取DNA，用TA
15、IL-PCR方法获得含有Mu插入位点的侧翼序列。按照自交和杂交计划进行授粉留种。按照考察要求，测量实验植株的株高，穗位高。调查标准参照崔野韩、张世煌、彭泽斌等编写的植物新品种特异性、一致稳定性测试指南玉米47，于玉米成熟期选取每行中间10个单株考察株高和穗位高，见表1表格 1 株高、穗位高 调查时期和标准性状调查时期调查标准株高穗位高中度乳熟期中度乳熟期从地面到雄穗顶端的高度从地面到第一穗着生节的高度用Excel绘制突变家系与亲本对比直方图，看其分布情况。再用SPSS软件分析，看各家系间以及与亲本的显著性差异，推测其家系是否有性状分离。根据TAIL-PCR测出的侧翼序列来推测其是否与株高性状相关，再基因文库里比对侧翼序列看其是否有同源或已验证了功能的基因，进而研究其功能和遗传效应。3.结果与分析3.1 植株低矮的突变分析 M5群体以亲本的株高（表2）为对照，共有2个家系有极端的矮株，共11个突变株。突变频率为2.026%.现对其矮化的2个家系进行数量统计遗传学方法进行变异分析。每个家系测其中的5株极端低矮植株的株高，计算每个家系的变异系数CV=方差s/平均值。株高及变异系数如表3所示表格 2 亲本的株高及平均值亲本Z31MuDR
