[发明专利]调控玉米叶夹角的DNA序列及其突变体、分子标记、检测引物和应用

说明书

本发明公开了调控玉米叶夹角的DNA序列及其突变体、分子标记、检测引物和应用。本发明首先提供了调控玉米叶夹角的关键DNA序列及其突变体，其多核苷酸序列为SEQ ID No.1和SEQ ID No.2所示，本发明所提供的调控玉米叶夹角的DNA序列及其突变体能够调控ZmNAC16基因在玉米叶枕中的表达，进而应用于改良玉米叶夹角和株型，也可进一步应用于培育玉米新品种。本发明还进一步提供了DNA关键序列及其突变体变异情况的特异性检测引物以及检测玉米中ZmNAC16基因表达量的检测引物，这些检测引物能应用于定向改良玉米的叶夹角，对于玉米耐密植和高产量育种也具有应用潜力。

技术领域

本发明涉及调控玉米叶夹角的DNA序列及其突变体，尤其涉及调控ZmNAC16基因表达的内含子和3’-UTR区的突变体和检测引物，本发明进一步涉及它们在调控玉米叶夹角中的应用，属于玉米的分子育种领域。

背景技术

玉米是中国的第一大农作物，对中国的粮食安全和农业发展有着举足轻重的作用。然而，耕地面积的制约(中国的可耕耕地面积仅占世界耕地面积的7％，却面临着要养活～20％的世界总人口)，不得不把提高单位面积的产量作为提高中国玉米产出的主要手段；并且，相较而言，中国玉米的平均产量仅仅为美国的60％，提升的潜力和空间巨大。

研究表明，提高品种耐密性和种植密度是提高玉米单产的关键。在过去80年里，美国玉米的种植密度从20世纪30年代的～30000株/公顷提高到了现在的～70000株/公顷(62000-104000株/公顷)；同时，玉米单产也从20世纪30年代的1287公斤/公顷提高到2010年的9595公斤/公顷(USDA-NASS,2012)；而这个过程中玉米的单株产量和杂种优势的增加并不明显，单产的提升更多的是由于品种耐密性和种植密度的持续增长。而对中国不同年代玉米品种的研究也显示，近现代的品种相较于早期品种，在光合效率、抗倒性、空秆率和产量等方面都在向着更加耐密的方向发展。因此，提高品种耐密性和种植密度是现代玉米育种和生产中的重要目标和趋势。

降低植株的茎叶夹角是提高玉米耐密性的关键。较小的茎叶夹角可以最大程度上减少玉米植株之间的相互遮荫，改善田间整体的冠层结构，增强植株间的通风透光性，更利于玉米功能叶(穗位叶、穗上第一叶和穗下第一叶)捕获阳光和进行光合作用，利于玉米高产；同时良好的通风透光还将大大增加植株下层的红光/远红光(R/FR)的比例，减少密植避荫反应造成的茎秆徒长、根系变弱、茎秆强度降低等不利影响，利于玉米稳产；此外，研究表明，紧凑的叶夹角还有利于叶片对氮素的同化促进灌浆，直接影响玉米产量。并且，不同单位的研究都表明现代玉米育种过程中叶夹角都向着越来越紧凑的方法改良，而这种趋势和玉米耐密性的提升是高度相关的，这也从另一个侧面反映叶夹角对玉米耐密育种的重要性。

研究发现，玉米中已报道的调控叶夹角变化的基因主要包括SPL、LOB、MYB、bZIP、Homeodomain-like等基因家族的基因，如LG1、LG2、LG3、LG4、LGN1、DWIL1、DRL1、DRL2、ZmRAVL1、qLA1、ZmCLA4、ZmTAC1、BRD1、ZmBRL2、ZmBRL3、ZmBRI1b、ZmBRL1、ZmBRI1a等。但目前为止，还没有NAC家族基因(NAC domain containing protein)调控玉米叶夹角表型的报道。此外，以上调控叶夹角变化的基因的移码、提前终止或其他造成蛋白功能改变的突变体往往造成叶夹角的剧烈改变，并且经常附带有诸如花序发育受阻、叶器官发育异常、产量急剧降低等不利影响，无法直接应用到玉米育种实践中去。相比之下，一些非基因编码区的自然变异，往往只是改变基因的表达量，较少带来不利效应。尤其是一些经过漫长的育种选择而保留下来的自然变异，在育种中具有广阔的应用前景。因此，如果能够准确鉴定到非基因编码区的这些自然变异对于玉米的分子育种将具有重要的应用潜力。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种调控玉米叶夹角的关键DNA序列；

本发明的目的之二是提供所述调控玉米叶夹角的DNA序列的突变体；