控制玉米酸性磷酸酶活性QTL-AP9的克隆及作用机理的研究

Phosphorus is an important limiting factor that influences the maize growth and yield.Assimilating and utilizing of phosphorus by acid phosphatase have great significance.According to previous research on AP9, a QTL controlling acid phosphatase avtivity, AP9 was located in a region of 546kb (approximate 0.14 centimorgan) on maize Chr.9.In our research, we will isolate AP9 by positional cloning, verify the function of AP9 by qRCR,overexpression and RNAi.Combining RNA-seq, the genetic mechanism and passway of influencing the phosphorus efficiency will be elucidated. Through systematic study on phosphorus efficiency of inbred line 082, the explanation of genetic mechanism of AP9 will greatly facilate the utilization of phosphorus high efficiency in maize breeding.

磷素是影响玉米生长发育及稳产的重要限制因素，酸性磷酸酶对磷的吸收与利用有重要意义。前期定位研究，将酸性磷酸酶基因AP9定位于玉米的第9染色体遗传距离为0.14cM、物理距离为546kb的区段。本项目拟克隆出调控该性状的主效基因AP9，再通过实时定量、超表达和RNAi研究鉴定基因的功能，进一步采用RNA-Seq测序方法，分析AP9影响磷酸利用效率的遗传机制与遗传途径。通过对玉米082自交系磷高效的系统研究，阐释调控性状的遗传机理，拓展磷高效玉米在育种实践中应用。

磷素是影响玉米生长发育及稳产的重要限制因素，由于土壤对磷素强力固化作用，大部分不能被植物直接利用。酸性磷酸酶对磷的吸收与利用有重要意义。植物根尖分泌的酸性磷酸酶可以水解根际土壤有机磷。植株内部的酸性磷酸酶能够促进磷的重新分布与再利用。前期定位研究将酸性磷酸酶基因AP9定位于玉米的第9染色体遗传距离为0.14cM、物理距离为546kb的区段。. 我们利用磷高效自交系082为供体亲本与磷低效受体亲本掖107创制了近等基因系，通过图位克隆的方法，成功克隆了控制玉米酸性磷酸酶活性基因ZmAPCG，该基因编码一个未知蛋白。ZmAPCG主要在玉米叶片中表达，编码蛋白定位于细胞膜和核膜。该基因响应低磷胁迫，在低磷胁迫处理下显著上调。我们成功将ZmAPCG基因导入玉米、水稻和拟南芥。测定玉米和水稻转基因材料叶片的酸性磷酸酶及无机磷含量，发现转基因材料的酸性磷酸酶活性及无机磷含量均显著高于野生型。我们进一步在玉米超表达材料中对全基因组紫色酸性磷酸酶基因ZmPAPs进行表达量分析，发现ZmPAP1a、ZmPAP2a、ZmPAP7c和ZmPAP23在超表达材料中显著上调，表明这几个基因可能受ZmAPCG调控。对磷胁迫通路基因进行分析发现ZmPTF1和ZmPHR1表达量上调，ZmPHR1是响应低磷胁迫的核心转录因子，初步推断植物受到低磷胁迫后引起ZmPHR1上调，引起ZmAPCG上调，ZmAPCG进一步调控下游酸性磷酸酶基因，从而增强酸性磷酸酶活性。. 本项目通过基因注释、序列分析、表达量及表型分析,确定了控制酸性磷酸酶活性的候选基因ZmAPCG，并克隆出该基因构建超表达载体和亚细胞定位载体，研究了基因的功能，初步推断影响磷利用效率的遗传机制与遗传途径。本项目通过对玉米磷高效自交系082的系统研究，为玉米磷效率相关研究提供新的有意义的参考与借鉴，拓展磷高效玉米在育种实践中应用，减少磷肥的施用，降低玉米生产成本，同时减轻环境污染。.