玉米籽粒镉低积累关键候选基因ZmCd1的克隆与功能解析
发布时间：2022-06-27
信息来源：北京市科技成果信息系统
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发布时间：2022-06-27
信息来源：北京市科技成果信息系统
- 玉米籽粒;基因;杂交种;分子标记;镉低积累
科技成果名称：玉米籽粒镉低积累关键候选基因ZmCd1的克隆与功能解析
关键词：玉米籽粒，镉低积累调控基因，分子标记，ZmHMA3
科技成果类型：原始创新
科技成果所处阶段：实验室研究
科技成果应用领域：农、林、牧、渔业
科技成果简介：成果概述：
镉为重金属，可通过食物链在人体富集，造成器官损伤、诱发癌症。全球土壤镉污染严重，选育镉低积累玉米对玉米的安全利用具有重要意义。然而，控制玉米籽粒镉积累的关键基因尚未克隆。
本研究利用全基因组关联分析以及京724（低镉系）× Mo17（高镉系） F2 分离群体的BSR-seq定位技术，共同鉴定到一个控制玉米籽粒镉积累的主效QTL。其候选基因ZmHMA3编码一个位于液泡膜的P型ATPase重金属转运蛋白。EMS突变体等位测验证实ZmHMA3为玉米籽粒镉积累的关键调控基因。在高镉自交系Mo17中，ZmHMA3基因的第一个内含子存在一个反转录转座子插入，造成ZmHMA3基因氨基酸序列异常和Mo17玉米籽粒镉高积累。根据不同玉米自交系中ZmHMA3基因的序列变异位点，开发4个PCR分子标记，将自然群体中玉米材料划分为5种单倍型，其中3种单倍型玉米的籽粒镉含量高（>0.1mg/kg）。本研究所开发的分子标记已成功用于预测生产中应用广泛的玉米骨干自交系和优良杂交种的玉米籽粒镉积累水平。如本单位选育的优良骨干自交系京2416和京92、以及优良杂交种京农科728和京科968等为籽粒镉低积累型玉米。该研究成果发表在Journal of Experimental Botany（Q1, IF:6.992）上，申报发明专利一项（申请号：202010831809.4）。
科学价值：（1）阐释了单位自主培育的骨干自交系和优良杂交种（如京科968）籽粒镉低积累特性的遗传分子机理；（2）所开发的基因分子标记可应用于镉高积累玉米的改良育种和镉低积累玉米的定向培育，对玉米的安全利用具有重要意义。
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