[发明专利]高赖氨酸玉米Opaque7基因的分子标记及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高赖氨酸玉米Opaque7基因的分子标记及其应用。

技术背景

玉米（Zea mays  L.）是世界上也是我国主要的粮食和饲料作物，从1995年开始，我国玉米的总产量已经超过小麦，成为仅次于水稻的第二大粮食作物。据FAO统计，从1998年开始，玉米的总产量已超过小麦和水稻成为全球第一大粮食作物。作为食品、饲料和燃料的重要来源，玉米的全球需求和消耗正在急剧增加。预计到2017年，全球玉米和小麦的年产量需要再增加2亿吨才能满足全世界的需求。为应对世界粮食危机，保证我国的粮食安全，国务院提出了到2020年再增产粮食1000亿斤的战略目标，其中需要新增玉米400亿斤。随着我国以及世界上一些其它新兴国家饮食结构的调整，对动物产品的需求大幅度增加。作为“饲料之王”的玉米对畜牧业和养殖业的发展具有举足轻重的作用，这就对玉米的营养成份的改良提出了更高的要求。

玉米籽粒主要成份为淀粉、蛋白质和油脂，其中对营养成份起决定作用的是蛋白质。玉米籽粒的蛋白含量主要是由玉米的储藏蛋白控制的，玉米最主要的储藏蛋白是醇溶蛋白，约占蛋白总量的60％左右，它是一类在种子发育过程中特异表达的蛋白，主要起贮存自由氨基酸的作用。醇溶蛋白又可以进一步分为四类，分别是α、β、γ和δ醇溶蛋白。其中最大的一类是α醇溶蛋白，α醇溶蛋白基因家族根据所编码蛋白的分子大小，又分为22-kDa醇溶蛋白和19-kDa醇溶蛋白两个部分。α醇溶蛋白约占醇溶蛋白的80％以上，是决定种子蛋白含量重要因素。虽然醇溶蛋白富含脯氨酸和谷氨酸，但缺乏必需氨基酸尤其是色氨酸和赖氨酸，这些含量丰富的醇溶蛋白包含的氨基酸成分十分不均衡，造成以玉米为食物来源的人类和动物的营养缺乏。人类必需的8种氨基酸中，以赖氨酸影响最大，但在普通玉米中缺乏也最多。高赖氨酸玉米与普通玉米最本质的区别是胚乳中各种蛋白质组成及蛋白质氨基酸组成的差异。高赖氨酸玉米营养价值提高的原因是其醇溶蛋白含量由普通玉米的55.1％下降至22.9％；而谷蛋白、白蛋白、球蛋白含量提高，其中谷蛋白由普通玉米的31.8％上升至50.1％。由此表明，玉米种子中储藏蛋白的相对表达量显著地影响着玉米作为动物饲料的营养价值，因此对蛋白质含量以及成分的改变是改造玉米籽粒的关键途径。

玉米在品质性状的改造上有赖于一些籽粒的突变体。在玉米中有一类与蛋白品质相关的突变体，被称为高赖氨酸突变体。这类突变体一般具有不透明或粉质的籽粒，在玉米遗传上被称为Opaque或Floury突变体。这类突变体能够显著改善玉米籽粒中赖氨酸等必需氨基酸的含量，从而显著提高玉米在蛋白水平的营养品质。其中最为有名的是Opaque2突变体（O2），O2已经被广泛应用在高赖氨酸玉米的育种实践中。o7是另一种能显著提高玉米籽粒赖氨酸含量的重要突变，已有研究表明，在蛋白水平上， o7突变体与其相应的野生型相比，胚乳中总蛋白的含量较野生型相比降低了20.7％，醇溶蛋白和非醇溶蛋白分别降低了33.4％和15.1％；与醇溶蛋白的降低相对应，在氨基酸水平上，o7突变体与其相应的野生型相比，赖氨酸(lys)含量升高了38.2％。如能将O7突变体引入生产品种，则能进一步提高籽粒的赖氨酸(lys)含量，培育出高赖氨酸(lys)含量的优质蛋白玉米新品种。因此，O7突变体可以改善玉米籽粒的蛋白品质，对培育品质更高的玉米有很好的应用价值。

O7基因虽然已经被克隆，但是O7基因至今尚未通过杂交育种被很好地利用，主要是因为O7由隐性基因突变引起，通过杂交选育需要较长的时间。DNA分子标记辅助育种是一项新的育种技术，该技术是通过利用与目标性状基因紧密连锁的DNA分子标记对控制目标性状的基因进行间接选择的现代育种技术。该技术对目标基因的转移，不仅可在早期进行准确、稳定的选择，而且可克服再度利用隐性基因识别难的问题，从而加速育种进程，提高育种效率。与常规育种相比，该技术可提高育种效率2-3倍。