[00816170]西南玉米育种重要目标性状的分子鉴定与利用

立项背景与任务来源：随着生产对新品种育种性状要求的持续提高，传统育种方法、鉴定技术及基础育种材料已不能满足西南及中国杂交玉米育种发展的迫切需要。以分子标记辅助选择和基因工程为核心的分子育种技术，具有克服常规育种周期长、预见性差、选择效率低的优势，将其与常规育种方法结合，创制玉米新材料，提升玉米杂交育种水平，成为中国及西南玉米遗传育种科技创新的重要战略任务。基于上述背景，在国家和省级科研项目的支持下其中包括863子专题1项、973计划子专题1项、国家自然科学基金12项、四川省科技厅科技支撑计划2项、四川省玉米育种攻关2项），项目组将现代分子生物生物学技术与常规育种方法紧密结合，围绕西南玉米育种重要目标性状，对适应西南生态区域的优异种质资源开展性状鉴定、Qtl定位、基因克隆、标记开发、遗传解析等应用基础理论研究，并创制西南玉米育种用特异新材料和自交系，以期为玉米育种提供新的理论和技术，推动四川及西南玉米育种及产业的持续健康发展。技术原理：针对西南玉米育种重要目标性状，在对收集和保存的玉米种质资源进行系统表型鉴定和优异资源筛选基础之上，将现代分子生物学技术和育种手段紧密结合，重点对抗病性状（纹枯病、穗粒腐病）、资源高效安全利用性状（干旱、低磷、重金属）及特异目标性状（雄性不育、转化受体胚性愈伤组织）开展了Qtl定位、基因克隆、标记开发与表达调控的系列分子鉴定。主要性能指标：项目针对玉米抗病（纹枯病、穗粒腐病）、资源高效安全利用（耐旱、耐低磷、重金属低积累）、雄性不育、幼胚胚性愈伤组织形成等西南玉米育种重要目标性状，在系统表型鉴定和优异基因资源筛选基础上，定位了这些目标性状的一批重要Qtl，其中抗纹枯病、幼胚胚性愈伤组织诱导率的Qtl研究属首次报道；同时，首次提出了连锁与关联相结合的作图方法，解析复杂性状Qtl的遗传基础，并成功应用于耐旱性状的遗传研究。运用多种基因差异表达检测技术，在全基因组水平上鉴定了玉米应答病原菌、干旱、低磷、重金属铅胁迫以及雄性不育、幼胚胚性愈伤组织形成的转录特征，首次揭示了胚性愈伤组织形成过程中的dNa甲基化、信号通路的响应特征，鉴定了根系应答低磷、重金属铅胁迫的MIRNa，检测到细胞质雄性不育材料线粒体atP6、cOx2基因的MRNa编辑规律，为探明这些目标性状形成的分子基础提供了重要依据；克隆了丝氨酸/苏氨酸磷酸酶耐旱基因（ZMPP2c）、玉米纹枯病等病程相关蛋白基因（ZMPR5）等一批目标性状的候选基因；发展了集自交系群体结构划分、玉米单粒基因型鉴定及功能基因分子标记开发的选择技术体系。奠定了针对区域目标性状分子育种的重要理论与技术基础。利用发掘的分子标记和建立的MaS体系，辅助选育和鉴定了抗病、耐旱、耐低磷优异自交系10个，育成高产稳产、多抗广适、优质安全、资源高效玉米新杂交种18个，自2003年起在西南地区累计推广种植1000余万亩，新增社会经济效益15亿元以上。在国内外重要学术剘刊发表论文200余篇，其中《PNaS》、《taG》等ScI刊源收录论文77篇、ScI他引318次；获得国家授权专利6项；已培养博士23名，其中一名获得2012年全国优秀博士学位论文。成果的创造性与先进性该项目针对西南地区玉米育种重要目标性状开展了Qtl定位、基因克隆、表达调控等系统的分子鉴定，研究目标性状具有特性异、研究材料具有典型性、研究方法具有集成创新性，在基础理论和实际应用方面均取得了明显的创新成果；总体达到了国际先进水平，在玉米抗纹枯病、幼胚胚性愈伤组织发生率、耐重金属铅等性状研究方面处于国际领先水平。应用情况：项目组在国内外重要学术剘刊发表论文200余篇，其中ScI收录论文累计77篇、被ScI他引318次。发表的研究结果已在国际上产生了很大影响，有些结果被一些国际著名期刊或国际上最近出版的专著引用。培养了一批作物遗传育种高级专门人才，促进了国际合作与交流及人才队伍的快速成长。已培养博士23名，其中一名获得2012年全国优秀博士学位论文。项目组在近20年的研究过程中，直接或间接利用该研究的结果，鉴定、筛选和新选育西南区玉米杂交育种优良自交系10余个，组配育成高产稳产、多抗广适、优质安全、资源高效玉米新杂交种18个，在西南山地玉米区推广种植，新增社会经济效益15亿元以上，经济社会生态效益显著。