结合多群体关联分析及基因编辑技术快速克隆玉米株型变异的功能基因

Corn (Zea mays) is the most important crop for food, feed and economics along the whole world. Increasing the production has always been a main goal for maize genetic improvement. However, previous studies have focused on those factors affecting the yield of individual plant, while ignoring the total output per area affected by the plant density. On these bases, this project intends to study the genetic basis of maize plant architecture-related traits though the development of an advanced generation inter-cross population derived from 24 Chinese elite inbred lines, to explore their contributions to plant density and production per area, to evaluate the natural haplotype variations having great potential to breeding practice. For another, to overcome the time- and labor-consuming, and low throughput of traditional gene cloning, this study will integrate genomic big data analysis and genome editing technologies to achieve rapid cloning of functional genes, which would be an invaluable reference for other traits or even other crops.

玉米是世界上最主要的粮食、饲料及经济作物，提高产量一直是玉米遗传改良的主要目标。然而，已有的研究着重于探索影响单株玉米产量的因素，而提高种植密度进而增加单位面积总产这一更直接的途径。因此，本项目拟根据我国24个骨干自交系发展而来的高世代自交系群体为基础，着重剖析玉米株型性状的遗传结构，探究其对种植密度和单位面积产量的影响，并挖掘可用于密植育种实践的自然变异。另一方面，为克服传统基因克隆过程费时费力且难以提高通量的问题，本研究还将结合基因组大数据及基因编辑技术进行快速克隆功能基因的探究，希冀这一研究成果可以为其他性状及其他作物提供有益借鉴。

玉米已成为我国种植面积和总产量最大的作物，玉米生产对保障我国粮食安全和满足市场需要发挥着至关重要的作用。然而总产的增加并未提高我国玉米生产的综合效益，具体表现在生产成本不断提高、资源消耗持续增加，导致国内玉米价格较国际玉米价格高近50%。借助现代生物育种的技术手段从遗传改良途径进行种质创新是玉米遗传改良的首要途径。其中，提高种植密度、提高花期适应性等是实现玉米高产优质、节本增效的重要育种目标。克隆影响目标性状的功能基因是进行实践的首要前提，然而传统的基因克隆过程费时费力且难以提高通量。.本项目旨在以株型性状为示例，结合基因组大数据及基因编辑技术，综合正向和反向遗传学进行快速克隆功能基因的探索。通过利用一个多亲本高世代重组自交系进行高功效遗传定位，进而结合更多公共遗传群体缩小候选区间；在初定位的基础上通过基因编辑技术对所有候选基因进行批量编辑实验，通过调查表型的变化快速锁定目标功能基因。本研究验证了这条途径是可行的，并优化了多个实验环节以降低成本，最终克隆了两个同时影响株高和开花期的基因，二者均具有潜在的应用前景。.本研究旨在加速功能基因克隆过程，并提供了一条可实践的途径，可以为其他性状及其他作物提供有益借鉴。