ZmNAC080308等位变异参与调控玉米耐旱机制的研究

【作者】 程名； 罗平； 王晓楠； 陈勇； 郝转芳；

【机构】 中国农业科学院作物科学所；

【摘要】 农业生产中水资源是必不可少的,极端多变的气候环境加剧了水资源短缺的问题。干旱是最常见的水分胁迫,严重时能够造成农作物大幅度减产。研究玉米耐旱的分子机制有助于选育耐旱品种,提高玉米在干旱条件下的适应能力,减少损失。NAC(NAM,ATAF1/2 and CUC2)转录因子家族是一类植物特有的转录因子,在植物的生长发育、胁迫应答和激素调节等方面具有重要的生物学功能。SNAC(Stress-responsive NAC transcription factors)亚族属于一类与胁迫应答相关的NAC基因,实验室前期基于候选基因关联分析发现玉米ZmNAC080308基因5’-UTR区存在两个与耐旱选择指数SI (Selection index)相关的位点80308-SNP-220和80308-SNP-219,根据包含这两个位点在内的9个高度连锁位点将国内自交系(NL)、美国自交系(AL)和热带自交系(DL)划分成两个单体型。本研究以这三个来源不同的玉米群体为材料,比较海南和新疆环境下两个单体型在干旱胁迫和正常灌溉下的产量、株高、穗位高、吐丝期、散粉期和雌雄开花间隔6个性状指标。同时以耐旱性不同的玉米B73(干旱敏感)和Qi319(耐旱)为材料,克隆ZmNAC080308的启动子片段并构建双荧光素酶融合报告载体,转入玉米原生质体瞬时表达,分析不同单体型材料的启动子活性。结果表明,国内自交系在海南地区正常灌溉下单体型2的产量、株高和穗位高均显著高于单体型1,干旱胁迫下单体型2的株高显著高于单体型1;美国自交系中海南地区干旱胁迫下单体型2的产量显著高于单体型1,单体型2的雌雄开花间隔天数显著短于单体型1;热带自交系中干旱胁迫下单体型2的产量略高于单体型1,未显著高于单体型1,但干旱胁迫下单体型2的吐丝期显著早于单体型1,雌雄开花间隔天数显著短于单体型1。以上结果显示干旱胁迫下单体型2的9个连锁变异可能通过缩短雌雄开花间隔的天数来提高玉米的耐旱能力,减少产量损失。植物遭受干旱胁迫时,细胞会迅速积累ABA,引起气孔关闭等一系列生理反应,增强植物对干旱的适应性。进一步通过启动子活性分析发现在正常处理下B73和Qi319两个材料的ZmNAC080308的启动子活性无明显差异,而在10uM ABA (脱落酸)处理下Qi319材料的ZmNAC080308启动子活性显著高于B73材料,推测Qi319材料的ZmNAC080308基因型对ABA更敏感。综合以上我们得出干旱胁迫下ZmNAC080308单体型2包含的9个连锁的等位变异参与调控玉米的雌雄开花间隔,提高干旱适应能力,并可能依赖于ABA的信号转导途径响应干旱。更多还原