本發(fā)明屬于生物，涉及玉米莖粗相關(guān)zmaip1基因及其snp分子標(biāo)記在協(xié)同提高抗倒伏性和產(chǎn)量中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要階段，全程機(jī)械化已成為必然趨勢，而倒伏問題嚴(yán)重制約著機(jī)械化收獲，提高玉米抗倒伏性已成為生產(chǎn)上迫切需要解決的問題。選育抗倒伏優(yōu)良玉米新品種是降低生產(chǎn)上因倒伏而產(chǎn)生不利影響的一條重要解決途徑，而提高莖稈抗倒伏性是選育抗倒伏品種的重要手段。

2、以往研究表明莖稈抗倒伏性受莖稈強(qiáng)度影響，而莖稈強(qiáng)度與莖粗、莖稈成分、以及細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。莖粗是莖稈物理特性最為重要的組成因子之一，與抗倒伏性顯著相關(guān)。較多研究表明，基部第3節(jié)莖稈越粗，其莖稈強(qiáng)度越強(qiáng)，抗倒伏性越高。因此，提高基部莖粗對于提高莖稈強(qiáng)度和抗倒伏具有顯著促進(jìn)作用。

3、植物中抗性的提升往往以犧牲產(chǎn)量為代價，抗性較強(qiáng)的材料其產(chǎn)量可能受到抑制，因此，亟須挖掘協(xié)同調(diào)控抗性和產(chǎn)量的關(guān)鍵基因，并鑒定其優(yōu)異等位基因，這對于促進(jìn)我國高產(chǎn)、抗倒伏種質(zhì)的篩選和新品種培育具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供玉米莖粗相關(guān)zmaip1基因及其snp分子標(biāo)記在協(xié)同提高抗倒伏性和產(chǎn)量中的應(yīng)用。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種蛋白質(zhì)，命名為zmaip1，其為如下a1)-a4)中任一所示的蛋白質(zhì)：

3、a1)由seq?id?no.1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)；

4、a2)在seq?id?no.1所示的蛋白質(zhì)的n端或/和c端連接標(biāo)簽得到的融合蛋白；

5、a3)將seq?id?no.1所示的氨基酸序列經(jīng)過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白質(zhì)；

6、a4)與a1)-a3)中任一所限定的氨基酸序列具有99％以上、95％以上、90％以上、85％以上或者80％以上同源性且具有相同功能的蛋白質(zhì)。

7、第二方面，本發(fā)明提供了編碼第一方面所述蛋白質(zhì)的核酸分子。

8、上述核酸分子為如下任一種：

9、b1)seq?id?no.2所示的dna分子；

10、b2)與b1)限定的dna序列具有98％以上同源性且編碼相同功能蛋白的dna分子；

11、b3)在嚴(yán)格條件下與b1)限定的dna序列雜交且編碼相同功能蛋白的dna分子；

12、b4)與b1)限定的dna序列具有90％以上同源性且編碼相同功能蛋白的dna分子。

13、第三方面，本發(fā)明提供了第一方面所述蛋白質(zhì)或第二方面所述核酸分子在如下至少一種的應(yīng)用：

14、c1)提高玉米抗倒伏性和/或產(chǎn)量；

15、c2)提高玉米莖粗；

16、c3)提高玉米莖稈強(qiáng)度；

17、c4)提高玉米莖稈纖維素含量；

18、c5)提高玉米莖稈半纖維素含量；

19、c6)培育抗倒伏性強(qiáng)和/或產(chǎn)量高的玉米；

20、c7)培育莖粗大、莖稈強(qiáng)度大、莖稈纖維素含量高和/或莖稈半纖維素含量高的玉米。

21、第四方面，本發(fā)明提供了降低第一方面所述蛋白質(zhì)的含量或抑制第一方面所述蛋白質(zhì)的編碼核酸分子的表達(dá)的物質(zhì)在如下至少一種的應(yīng)用：

22、d1)降低玉米抗倒伏性；

23、d2)降低玉米莖粗；

24、d3)降低玉米莖稈強(qiáng)度；

25、d4)降低玉米莖稈纖維素含量；

26、d5)降低玉米莖稈半纖維素含量；

27、d6)培育抗倒伏性弱的玉米；

28、d7)培養(yǎng)莖粗小、莖稈強(qiáng)度小、莖稈纖維素含量低和/或莖稈半纖維素含量低的玉米。

29、本發(fā)明可以通過降低zmaip1蛋白或基因表達(dá)構(gòu)建轉(zhuǎn)基因玉米，用于研究zmaip1蛋白或基因功能，具體為構(gòu)建一種培育抗倒伏性弱的玉米，包括如下步驟：降低出發(fā)植物中抑制第一方面所述蛋白質(zhì)的含量，或者抑制第一方面所述蛋白質(zhì)的編碼核酸分子的表達(dá)，得到目標(biāo)植物；

30、所述目標(biāo)植物抗倒伏性弱小于所述出發(fā)植物；

31、所述目標(biāo)植物抗倒伏性弱小于所述出發(fā)植物具體體現(xiàn)在如下至少一種：1)所述目標(biāo)植物的莖粗小于所述出發(fā)植物；2)所述目標(biāo)植物的莖皮穿刺強(qiáng)度小于所述出發(fā)植物；3)所述目標(biāo)植物的莖稈纖維素含量低于所述出發(fā)植物；4)所述目標(biāo)植物的莖稈半纖維素含量低于所述出發(fā)植物。

32、第五方面，本發(fā)明提供了檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148的基因型的物質(zhì)在如下至少一種的應(yīng)用：

33、e1)鑒定或輔助鑒定玉米抗倒伏性；

34、e2)鑒定或輔助鑒定玉米莖粗；

35、e3)鑒定或輔助鑒定玉米莖稈強(qiáng)度；

36、e4)鑒定或輔助鑒定玉米產(chǎn)量；

37、e5)選育抗倒伏性強(qiáng)且高產(chǎn)的玉米；

38、e6)選育莖粗大的玉米；

39、e7)選育莖稈強(qiáng)度大的玉米；

40、e8)選育抗倒伏性強(qiáng)的玉米；

41、e9)選育產(chǎn)量高的玉米；

42、所述snp148位點為seq?id?no：7的第101位。

43、上文所述應(yīng)用中，所述snp148位點的基因型為aa、gg或ag。

44、上文所述應(yīng)用中，所述檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148位點的物質(zhì)為f1)或f2)：

45、f1)成套引物；

46、f2)含有所述成套引物的pcr試劑或試劑盒；

47、所述成套引物包括引物1、引物2及引物3；

48、所述引物1的核苷酸序列包括seq?id?no：4第22-40所示的序列；

49、上文所述引物1具體為在seq?id?no：4第22-40末端還添加熒光基團(tuán)或熒光序列，在本發(fā)明實施例中為seq?id?no：4所示引物。

50、所述引物2的核苷酸序列包括seq?id?no：5第22-40所示的序列；

51、上文所述引物2具體為在seq?id?no：5第22-40末端還添加另一個熒光基團(tuán)或熒光序列，在本發(fā)明實施例中為seq?id?no：5所示引物。

52、所述引物3的核苷酸序列為seq?id?no：6。

53、第六方面，本發(fā)明提供了如下任一物質(zhì)：

54、第五方面中所述成套引物；

55、或，含有第五方面中所述的成套引物的pcr試劑或試劑盒。

56、第七方面，本發(fā)明提供了第六方面中所述成套引物、pcr試劑或試劑盒在如下至少一種的應(yīng)用：

57、e1)鑒定或輔助鑒定玉米抗倒伏性；

58、e2)鑒定或輔助鑒定玉米莖粗；

59、e3)鑒定或輔助鑒定玉米莖稈強(qiáng)度；

60、e4)鑒定或輔助鑒定玉米產(chǎn)量；

61、e5)選育抗倒伏性強(qiáng)且高產(chǎn)的玉米；

62、e6)選育莖粗大的玉米；

63、e7)選育莖稈強(qiáng)度大的玉米；

64、e8)選育抗倒伏性強(qiáng)的玉米；

65、e9)選育產(chǎn)量高的玉米。

66、第八方面，本發(fā)明提供了如下任一所述方法：

67、g1)一種鑒定或輔助鑒定玉米抗倒伏性的方法，為檢測玉米基因組中檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148位點的物質(zhì)，

68、snp148位點基因型為aa的待測玉米的抗倒伏性大于或候選大于snp148位點基因型為gg的待測玉米；

69、g2)一種鑒定或輔助鑒定玉米莖粗的方法，為檢測玉米基因組中檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148位點的物質(zhì)，

70、snp148位點基因型為aa的待測玉米的莖粗大于或候選大于snp148位點基因型為gg的待測玉米；

71、g3)一種鑒定或輔助鑒定玉米莖稈強(qiáng)度的方法，為檢測玉米基因組中檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148位點的物質(zhì)，

72、snp148位點基因型為aa的待測玉米的莖稈強(qiáng)度大于或候選大于snp148位點基因型為gg的待測玉米；

73、g4)一種鑒定或輔助鑒定玉米產(chǎn)量的方法，為檢測玉米基因組中檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148位點的物質(zhì)，

74、snp148位點基因型為aa的待測玉米的產(chǎn)量大于或候選大于snp148位點基因型為gg的待測玉米；

75、g5)一種選育抗倒伏性強(qiáng)且高產(chǎn)的玉米的方法，為檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148位點的基因型為aa還是gg，選擇snp148位點基因型為aa的玉米進(jìn)行選育，得到目的玉米；

76、g6)一種選育莖粗大的玉米的方法，為檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148位點的基因型為aa還是gg，選擇snp148位點基因型為aa的玉米進(jìn)行選育，得到目的玉米；

77、g7)一種選育莖稈強(qiáng)度大的玉米的方法，為檢測第二方面所述核酸中的snp148位點的基因型為aa還是gg，選擇snp148位點基因型為aa的玉米進(jìn)行選育，得到目的玉米；

78、g8)一種選育抗倒伏性強(qiáng)的玉米的方法，為檢測第二方面所述核酸中的snp148位點的基因型為aa還是gg，選擇snp148位點基因型為aa的玉米進(jìn)行選育，得到目的玉米；

79、g9)一種選育產(chǎn)量高的玉米的方法，為檢測玉米第二方面所述核酸中的snp148位點的基因型為aa還是gg，選擇snp148位點基因型為aa的玉米進(jìn)行選育，得到目的玉米。

80、上文中，所述產(chǎn)量體現(xiàn)在穗長、穗粗、穗行數(shù)、穗重、行粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗總粒重中至少一種；

81、所述抗倒伏性體現(xiàn)在莖粗、莖稈強(qiáng)度和/或莖稈成分；莖稈強(qiáng)度可以體現(xiàn)在莖皮穿刺強(qiáng)度和/或莖稈彎折強(qiáng)度；莖稈成分可以體現(xiàn)在莖稈纖維素含量和/或莖稈半纖維素含量。

82、在本發(fā)明的實施例中，所述莖粗具體為第3、4或5節(jié)莖粗；所述莖稈強(qiáng)度具體為第3或4節(jié)莖皮穿刺強(qiáng)度或莖稈彎折強(qiáng)度；莖稈成分具體位第3或4節(jié)纖維素含量或半纖維素含量。

83、本研究利用玉米24個親本互交群體cubic(complete-diallel?design?plusunbalanced?breeding-like?inter-cross)群體，調(diào)查了玉米授粉后基部第3、4、5節(jié)的莖粗(sc3、sc4、sc5)，利用單倍型關(guān)聯(lián)分析鑒定到同時控制這3個性狀的主效qtl位點，并結(jié)合親本表達(dá)量確定了候選基因是zmaip1。利用crisp-cas9的基因敲除陽性植株證實了該基因調(diào)控莖粗、莖稈成分和莖稈強(qiáng)度。通過擴(kuò)增ss-cubic群體親本在zmaip1的序列，參照b73-v5版本，在基因組chr3:24807103位置鑒定到1個導(dǎo)致氨基酸變異的關(guān)鍵的snp，針對這個snp開發(fā)了1對kasp標(biāo)記，命名為k148。k148的基因型為aa、gg。利用k148對432份cubic群體的莖粗、莖稈強(qiáng)度、產(chǎn)量性狀分析，aa基因型的材料有213份，具有增加第3、4、5節(jié)的莖粗、增強(qiáng)第3、4節(jié)的莖稈彎折強(qiáng)度，增加穗長、穗粗、穗重、軸重、行粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗總粒重的效應(yīng)。其中對第3節(jié)莖粗的增幅為2％,對莖稈彎折強(qiáng)度的增幅為3％，對每穗總粒重的增幅為5％。利用k148對482份玉米關(guān)聯(lián)群體(amp)分析，aa基因型有94份，具有增加第3節(jié)莖粗、增加穗粗、穗行數(shù)、每穗粒數(shù)、每穗粒重的效應(yīng)，其中對第3節(jié)莖粗的增幅為2％，每穗總粒重的增幅為5％。

84、因此，zmaip1基因的snp位點148及其對應(yīng)的k148標(biāo)記可用于判斷玉米的莖粗、莖稈強(qiáng)度和產(chǎn)量，加速對玉米的高產(chǎn)、抗倒伏種質(zhì)的選育。

85、本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了zmaip1基因，改變其蛋白質(zhì)編碼基因序列，可以降低玉米莖粗、莖皮穿刺強(qiáng)度、纖維素含量、半纖維素含量；證明該基因與植物莖稈粗度、強(qiáng)度和產(chǎn)量相關(guān)。進(jìn)一步地，在該基因上發(fā)現(xiàn)snp位點148，并根據(jù)其開發(fā)了kasp標(biāo)記。利用k148標(biāo)記對482份amp群體分型，發(fā)現(xiàn)aa基因型的材料比gg基因型的材料莖粗增加、每穗總粒重提高。因此，snp位點148基因型及其對應(yīng)的k148標(biāo)記可用于判斷玉米的莖粗和每穗總粒重狀態(tài)，為選育高產(chǎn)抗倒伏的玉米提供基礎(chǔ)。