全 文 ：　 核 农 学 报　 ２０１３，２７（１１）：１６０３ ～ １６０９
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
收稿日期：２０１３⁃０１⁃０８　 接受日期：２０１３⁃０５⁃０３
基金项目：国家“８６３”计划项目（２０１２ＡＡ１０１２０２），“十一五”科技支撑计划项目（２００８ＢＡＤ９７Ｂ０３）
作者简介：张采波， 男， 主要从事玉米遗传育种研究。 Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｚｈａｎｇ＿ｃａｉｂｏ＠ １２６． ｃｏｍ
通讯作者：荣廷昭 ， 男， 教授， 主要从事玉米遗传育种研究。 Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｒｏｎｇｔｚ＠ ｓｉｃａｕ． ｅｄｕ． ｃｎ
曹墨菊 女， 教授，主要从事玉米生物技术育种。 Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｃａｏｍｊ＠ ｓｉｃａｕ． ｅｄｕ． ｃｎ
文章编号：１０００⁃８５５１（２０１３）１１⁃１６０３⁃０７
空间环境诱发玉米胚乳突变体的鉴定与分析
张采波　 周园元　 汪瀚宇　 汪宏维　 汪生庆　 荣廷昭　 曹墨菊
（四川农业大学玉米研究所 ／教育部作物基因资源与遗传改良重点实验室 ／农业部西南玉米生物学
及遗传育种重点实验室，四川 成都　 ６１１１３０）
摘　 要：用返回式卫星“实践八号”搭载玉米自交系 ０８ － ６４１ 和 １８ － ５９９，从诱变后代中获得籽粒皱缩透
明和皱缩不透明两种胚乳突变体，经多代自交获得突变性状稳定的遗传材料。 籽粒可溶性糖含量测定
结果显示，籽粒皱缩透明突变体 ｓｔ１ 在授粉 １０ｄ后籽粒糖含量开始上升，到授粉 ２５ｄ时达到峰值，且明显
高于自交系 ０８ － ６４１；籽粒皱缩不透明突变体 ｓｏ１ 籽粒糖含量在授粉 １０ｄ 后开始缓慢上升，到授粉 ２０ｄ
时达到峰值，且明显高于自交系 １８ － ５９９。 遗传分析和等位性测定结果表明两种突变性状均由单隐性
基因控制，籽粒皱缩透明突变基因与 ｓｕ１ 等位，籽粒皱缩不透明突变基因与 ｓｈ２ 等位。 ＤＮＡ序列比对发
现，突变体 ｓｔ１ 在 ｓｕ１ 基因的第 ２ 和第 １３ 外显子处发生了单碱基突变，突变体 ｓｏ１ 在 ｓｈ２ 基因的第 ２、５
和 １６ 外显子处发生单碱基突变，导致编码氨基酸序列变异，推测这些碱基的突变有可能导致淀粉合成
代谢受阻，致使籽粒胚乳糖含量提高。
关键词：玉米；空间诱变；胚乳突变体；遗传分析；分子检测
　 　 甜玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ Ｌ． ｓａｃｃｈａｒａｔａ Ｓｔｕｒｔ）为玉米属甜
质型玉米亚种，受一个或多个隐性基因控制，这些基因
可以影响灌浆期和乳熟期籽粒胚乳中碳水化合物的组
分，使胚乳中淀粉合成代谢受阻，可溶性糖含量提高，
种子风干后一般表现为籽粒凹陷或皱缩［１ － ２］。 目前已
发现与甜玉米隐性突变体有关的基因主要有 ｓｕ１、ｓｕ２、
ｓｈ１、ｓｈ２、ｓｈ４、ｂｔ１、ｂｔ２、ｓｅ、ａｅ和 ｄｕ 等［３］。 根据遗传特点
的不同，可将其分为普甜玉米、超甜玉米和加强型甜玉
米 ３ 种类型。 普甜玉米乳熟期籽粒糖含量一般为
１０％ ～１５％ ，为普通玉米的 ２ ～ ３ 倍，有粘性；超甜玉米
淀粉含量很低，籽粒含糖量可达 ２０％ ～ ２５％ ，没有糯
性；加强型甜玉米综合了普甜和超甜的优点，含糖量高
且有糯性。 当前生产上应用最多的为 ｓｕ１ 型普甜玉
米、ｓｈ２ 型超甜玉米和 ｓｕ１ｓｅ型加强型甜玉米［４］。
空间诱变是利用太空的特殊环境使生物体产生变
化，引起生物体 ＤＮＡ序列结构变化和染色体畸变，进
而导致生物体性状发生改变［５ － ９］。 已有的研究表明，
空间诱变可以导致玉米 ＤＮＡ序列结构变异，产生玉米
雄性不育［１０ － １３］、矮杆［１４］等突变体，但尚未见通过空间
诱变获得甜玉米胚乳突变体的研究报道。
四川农业大学玉米研究所于 １９９４ 年在国内率先
开始玉米空间诱变育种研究，利用返回式卫星先后进
行 ４ 次搭载试验，从诱变后代中选育出多份雄性不育、
矮杆等突变体。 本研究于 ２００６ 年选送优良玉米自交
系 ０８ － ６４１ 和 １８ － ５９９ 在“实践八号”卫星上进行搭载
实验，从诱变后代中获得籽粒皱缩透明和皱缩不透明
两类胚乳突变体，经多代自交种植，突变性状稳定遗
传，对突变材料进行籽粒糖含量测定、遗传分析和基因
等位性测定，进一步利用特异引物的 ＰＣＲ扩增对突变
基因进行 ＤＮＡ序列分析，旨在为进一步揭示空间诱变
的作用机理提供理论依据。
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核　 农　 学　 报 ２７ 卷
１　 材料与方法
１． １　 实验材料
籽粒皱缩透明突变体 ｓｔ１ 和籽粒皱缩不透明突变
体 ｓｏ１，玉米自交系 ０８ － ６４１、１８ － ５９９、Ｍｏ１７、Ｓ３７，已知
基因型为 ｓｕ１ｓｕ１ 的普甜玉米自交系（由广西大学吴子
恺老师馈赠）和已知基因型为 ｓｈ２ｓｈ２ 的超甜玉米自交
系。 其中，突变体 ｓｔ１ 和 ｓｏ１ 分别是从返回式卫星“实
践八号”搭载处理的 ０８ － ６４１ 和 １８ － ５９９ 诱变后代中
获得的，已经连续多代自交纯合，突变性状表现稳定。
１． ２　 籽粒糖含量测定
供试材料于 ２０１１ 年种植于四川农业大学多营农
场，分别于自交授粉后 １０、１５、２０、２５ 和 ３０ｄ 各采样一
次，每次取果穗中下部籽粒，每次采集 ３ 个以上果穗籽
粒，采用蒽酮比色法［１５］测定籽粒可溶性糖含量。
１． ３　 遗传分析
将籽粒皱缩透明突变体 ｓｔ１ 分别与对照 ０８ － ６４１、
自交系 Ｍｏ１７、Ｓ３７ 杂交；籽粒皱缩不透明突变体 ｓｏ１ 与
对照 １８ － ５９９、自交系 Ｍｏ１７、Ｓ３７ 杂交，观察 Ｆ１籽粒表
型。 Ｆ１通过自交获得 Ｆ２，统计 Ｆ２中正常籽粒与突变体
表型籽粒粒数，并用统计学方法计算各自的分离比例。
表 １　 根据 ｓｕ１ 和 ｓｈ２ 基因所开发的特异引物序列
Ｔａｂｌｅ １　 Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｉｍｅｒ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｕ１ ａｎｄ ｓｈ２ ｇｅｎｅｓ
引物名称
Ｐｒｉｍｅｒ
序列 Ｓｅｑｕｅｎｃｅ
正向 Ｆｏｒｗａｒｄ（５′→３′） 反向 Ｒｅｖｅｒｓｅ（５′→３′）
扩增片段大（ｂｐ）
Ｆｒａｇｍｅｎｔ ｓｉｚｅ
ｓｕ１ － １ ＡＣＴＴＣＧＣＣＧＴＣＴＡＣＴＣＣＡＧ ＣＣＴＧＧＧＴＧＴＴＴＴＧＴＣＴＴＧＣＴ １１６５
ｓｕ１ － ２ ＡＡＧＡＣＡＡＡＡＣＡＣＣＣＡＧＧＡＡＣ ＣＡＣＧＧＡＣＴＡＣＡＧＧＡＴＧＡＴＴＡＣＡ １３６０
ｓｕ１ － ３ ＧＴＡＡＴＣＡＴＣＣＴＧＴＡＧＴＣＣＧＴＧ ＣＣＡＧＡＴＧＣＴＴＧＣＴＣＣＴＴＡＴＧＴ １１８６
ｓｕ１ － ４ ＣＴＧＣＣＴＣＣＡＴＴＡＧＣＣＴＣＴＴ ＣＡＣＴＡＴＣＡＣＣＣＡＧＴＴＣＣＴＴＣ １４８４
ｓｕ１ － ５ ＧＣＴＧＧＴＧＣＴＴＴＴＧＣＴＧＡＡＴＧ ＧＣＡＡＣＣＴＴＧＡＧＴＴＣＴＡＣＣＣＴＧＡ １０３２
ｓｕ１ － ６ ＴＧＧＡＴＴＧＴＧＣＴＴＴＣＡＧＧＴＣ ＧＣＡＧＴＧＣＣＧＴＧＴＴＡＧＴＡＧＴＴ １６７２
ｓｈ２ － １ ＴＣＴＧＴＧＣＧＴＧＧＧＣＡＴＡＡＡＡＣ ＧＣＧＴＡＧＣＴＣＴＴＧＴＧＣＴＴＧＴＣＡ １５３０
ｓｈ２ － ２ ＴＣＴＴＧＴＧＡＧＧＧＴＧＡＴＧＧＧＡＴＴＧ ＧＣＴＧＧＣＴＣＴＴＣＡＧＧＣＡＴＴＴＧＴ １４７５
ｓｈ２ － ３ ＧＡＧＧＡＴＧＴＴＡＣＡＧＧＣＴＴＡＴＴＧ ＣＴＡＴＧＡＴＣＴＡＧＴＡＣＡＧＣＴＣＴＴＧＧ １４１３
ｓｈ２ － ４ ＡＡＡＡＣＣＡＡＡＧＧＧＴＧＣＴＧＡＴ ＧＴＣＣＡＡＣＡＣＣＧＡＴＴＧＡＧＡＴ １４６６
ｓｈ２ － ５ ＡＡＴＣＣＣＣＴＴＧＴＡＴＧＴＣＣＣＴ ＧＣＡＧＣＡＣＣＧＡＡＴＴＡＧＡＡＡＡ １４０９
１． ４　 等位性测定
将突变体 ｓｔ１ 和 ｓｏ１ 分别与普甜玉米 ｓｕ１ｓｕ１ 和超
甜玉米 ｓｈ２ｓｈ２ 进行正反交，根据 Ｆ１籽粒表型，判断分
析 ｓｔ１ 与 ｓｕ１ 及 ｓｏ１ 与 ｓｈ２ 的等位关系。
１． ５　 分子检测
从 ＮＣＢＩ上下载正常玉米自交系的 Ｓｕ１ 和 Ｓｈ２ 基
因序列，使用 Ｐｒｉｍｅｒ５ 软件设计重叠衔接式引物（表
１），由上海 Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ生物公司合成。 取供试材料幼嫩
叶片，采用 ＣＴＡＢ 法提取玉米基因组 ＤＮＡ，将提取的
玉米基因组 ＤＮＡ稀释至 ４０ｎｇ·μＬ － １。 ＰＣＲ扩增体系
为 ２０μＬ，包括模板 ＤＮＡ１μＬ、１０μｍｏｌ·Ｌ － １特异引物
０． ８μＬ、２． ５ｍｍｏｌ·Ｌ － １ ｄＮＴＰｓ １． ６μＬ，１０ × ＴｒａｎｓＴａｑ
ＨｉＦｉ Ｂｕｆｆｅｒ Ⅰ ２μＬ，５Ｕ·μＬ － １ 的 ＨｉＦｉ 酶 ０． ２μＬ，加
ｄｄＨ２Ｏ 至 ２０μＬ，加矿物油 １ 滴。 ＰＣＲ 扩增程序为：
９５℃ ５ｍｉｎ；９５℃ ３０ｓ、５７℃ ３０ｓ、７２℃ ９０ｓ，３５ 个循环；
７２℃ １０ｍｉｎ。 ＰＣＲ扩增产物用 １％的琼脂糖凝胶电泳
检测。
用 ＴＩＡＮＧＥＮ琼脂糖凝胶 ＤＮＡ回收试剂盒从胶中
回收、纯化目的片段，将回收产物与 ｐＭＤ １９ － Ｔ Ｖｅｃｔｏｒ
连接，转化 ＤＨ５ a感受态细胞，经蓝白斑筛选，ＰＣＲ 扩
增鉴定为阳性后送上海 Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ生物公司测序［１６］。
２　 结果与分析
２． １　 突变体籽粒表型特征
从自交系 ０８ － ６４１ 卫星搭载处理的 ＳＰ３ （连续自
交两代）获得皱缩透明籽粒，从自交系 １８ － ５９９ 卫星搭
载处理的 ＳＰ３获得皱缩不透明籽粒，分离皱缩籽粒，经
连续多代自交，获得稳定遗传的纯系（图 １）。 突变体
ｓｔ１ 与对照 ０８ － ６４１ 相比，籽粒皱缩、透明质；突变体
ｓｏ１ 与对照 １８ － ５９９ 相比，籽粒皱缩、不透明。
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　 １１ 期 空间环境诱发玉米胚乳突变体的鉴定与分析
图 １　 突变体与对照果穗表型
Ｆｉｇ． １　 Ｇｒａｉｎ ｐｈｅｎｏｔｙｐｅ ｏｆ ｍｕｔａｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ
图 ２　 突变体与对照籽粒可溶性糖含量变化比较
Ｆｉｇ． ２　 Ｇｒａｉｎ ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｕｔａｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
表 ２　 籽粒皱缩突变体 ｓｔ１ 和 ｓｏ１ 的遗传分析
Ｔａｂｌｅ ２ Ｇｅｎｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｕｔａｎｔ ｓｔ１ ａｎｄ ｓｏ１
杂交组合
Ｃｒｏｓｓ
Ｆ１表型
Ｆ１ ｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃ
Ｆ２群体 Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆ２
正常籽粒
Ｎｏｒｍａｌ ｇｒａｉｎ
皱缩籽粒
Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｇｒａｉｎ
总粒数
Ｔｏｔａｌ
χ２（３∶ １）
ｓｔ１ × ０８ － ６４１ 正常籽粒 １４９ ５６ ２０５ ０． ４７
ｓｔ１ × Ｍｏ１７ 正常籽粒 １７６ ４６ ２２２ １． ９５
ｓｔ１ × Ｓ３７ 正常籽粒 １６６ ５８ ２２４ ０． ０５
ｓｏ１ × １８ － ５９９ 正常籽粒 １７７ ４６ ２２３ ２． ０５
ｓｏ１ × Ｍｏ１７ 正常籽粒 １５９ ４８ ２０７ ０． ２７
ｓｏ１ × Ｓ３７ 正常籽粒 １５８ ５４ ２１２ ０． ０１
２． ２　 籽粒可溶性糖含量变化
用蒽酮比色法测定突变体、对照、普甜玉米
（ｓｕ１ｓｕ１）和超甜玉米（ ｓｈ２ｓｈ２）在不同授粉时间后籽粒
中糖含量变化（图 ２）。 从图 ２ 中可以看出，对照 ０８ －
６４１ 在籽粒整个发育阶段可溶性糖含量较低，基本保
持在鲜重的 ７％ ～ １０％ ，变化幅度较少；突变体 ｓｔ１ 在
授粉 １０ｄ后籽粒糖含量开始上升，到授粉 ２０ｄ 时达到
峰值（１８． ４３％ ），且明显高于对照 ０８ － ６４１，突变体 ｓｔ１
籽粒糖含量变化规律与普甜玉米 ｓｕ１ 基本相似，为普
甜玉米胚乳突变类型。 对照 １８ － ５９９ 在籽粒整个发育
阶段可溶性糖含量一直处于较低水平，突变体 ｓｏ１ 籽
粒糖含量在授粉 １０ｄ 后开始缓慢上升，到授粉 ２０ｄ 时
达到峰值（２２． ０５％ ），然后逐渐降低，到授粉 ２５ｄ 后籽
粒糖含量与对照 １８ － ５９９ 相近，突变体 ｓｏ１ 籽粒糖含
量变化规律与超甜玉米 ｓｈ２ 基本相似，为超甜玉米胚
乳突变类型。
２． ３　 突变性状的遗传
将突变体 ｓｔ１ 分别与对照 ０８ － ６４１、自交系 Ｍｏ１７
和 Ｓ３７ 杂交，突变体 ｓｏ１ 分别与对照 １８ － ５９９、自交系
Ｍｏ１７ 和 Ｓ３７ 杂交，Ｆ１代果穗籽粒均表现正常。 种植
Ｆ１，自交获得 Ｆ２，Ｆ２正常籽粒与皱缩籽粒分离情况如
表 ２，经卡方检测 χｃ２ ＜ χ０． ０５ ２ ＝ ３． ８４ ，即正常型与突变
型的分离比符合孟德尔遗传 ３∶ １比例（表 ２）。 这一结
果表明突变性状 ｓｔ１ 和 ｓｏ１ 均是由单隐性基因控制。
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核　 农　 学　 报 ２７ 卷
２． ４　 等位性分析
将突变体 ｓｔ１ 与已知基因型为 ｓｕ１ｓｕ１ 的普甜玉米
自交系正反交，突变体 ｓｏ１ 与已知基因型为 ｓｈ２ｓｈ２ 的
超甜玉米自交系正反交。 突变体 ｓｔ１ 与 ｓｕ１ｓｕ１ 正反交
所得果穗籽粒均表现为皱缩、透明质；突变体 ｓｏ１ 与
ｓｈ２ｓｈ２ 正反交所得果穗籽粒均表现为皱缩、不透明（图
３）。 由此说明，突变体 ｓｔ１ 与 ｓｕ１ 等位，为甜玉米突变
体。 突变体 ｓｏ１ 与 ｓｈ２ 等位，为超甜玉米突变体。
图 ３ 突变体与普甜玉米（ｓｕ１ｓｕ１）、
超甜玉米（ｓｈ２ｓｈ２）杂交 Ｆ１
Ｆｉｇ． ３　 Ｇｒａｉｎ ｐｈｅｎｏｔｙｐｅ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ Ｆ１ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｍｕｔａｎｔ ａｎｄ ｓｕ１ｓｕ１， ｓｈ２ｓｈ２
２． ５　 ＤＮＡ水平变异
分别用 ６ 对 Ｓｕ１ 基因的重叠衔接式特异引物对籽
粒皱缩透明突变体 ｓｔ１，自交系 ０８ － ６４１、１８ － ５９９ 和已
知基因型为 ｓｕ１ｓｕ１ 的普甜玉米自交系进行 ＰＣＲ 扩增
及电泳检测（图 ４）。 由图 ４ 可知，６ 对特异引物都能
在不同材料间扩增出单一目的条带，扩增片段大小基
本相同，未发现明显的片段差异。
用 ５ 对 Ｓｈ２ 基因的重叠衔接式特异引物对籽粒皱
缩不透明突变体 ｓｏ１、自交系 ０８ － ６４１、１８ － ５９９ 和已知
基因型为 ｓｈ２ｓｈ２ 的超甜玉米自交系进行 ＰＣＲ 扩增及
电泳检测（图 ５）。 由图 ５ 可知，除引物 ｓｈ２ － ２ 外，其
余引物都能在不同材料间扩增出单一的目的条带，不
同材料间的扩增片段大小基本相同。 引物 ｓｈ２ － ２ 只
能在自交系 ０８ － ６４１ 和 １８ － ５９９ 中扩增出单一目的条
带，而在突变体 ｓｏ１ 和已知基因型为 ｓｈ２ｓｈ２ 的超甜玉
米自交系中均不能扩增出目的条带。
采用高保真酶分别对突变体和对照自交系的 Ｓｕ１
和 Ｓｈ２ 基因进行分段扩增，回收目的片段，连接转化，
挑取 ３ 个阳性克隆送上海 Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ 公司测序。 ＤＮＡ
注：Ｍ：ｍａｒｋｅｒ（ＤＬ２０００）； １：未经搭载处理的 ０８ － ６４１；２：未经搭载处
理的 １８ － ５９９；３：突变体 ｓｔ１；４：普甜玉米自交系 ｓｕ１ｓｕ１。
Ｎｏｔｅ： Ｍ：ｍａｒｋｅｒ （ ＤＬ２０００）；１：Ｎｏｒｍａｌ ｍａｉｚｅ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅ ０８ － ６４１；２：
Ｎｏｒｍａｌ ｍａｉｚｅ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅ １８ － ５９９；３：Ｍｕｔａｎｔ ｓｔ１；４： Ｇｅｎｅｒａｌ ｓｗｅｅｔ ｃｏｒｎ
ｓｕ１ｓｕ１．
图 ４　 ｓｕ１ 基因扩增片段电泳图
Ｆｉｇ． ４　 Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｇｒａｍ ｏｆ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｆｒａｇｍｅｎｔ ｂｙ ｓｕ１ ｇｅｎｅ
注：Ｍ：ｍａｒｋｅｒ（ＤＬ２０００）；１：未经搭载处理的 ０８ － ６４１；２：未经搭载处
理的 １８ － ５９９；３：突变体 ｓｏ１；４：超甜玉米自交系 ｓｈ２ｓｈ２。
Ｎｏｔｅ： Ｍ：ｍａｒｋｅｒ（ ＤＬ２０００）；１：Ｎｏｒｍａｌ ｍａｉｚｅ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅ ０８ － ６４１；２：
Ｎｏｒｍａｌ ｍａｉｚｅ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅ １８ － ５９９；３：Ｍｕｔａｎｔ ｓｏ１；４： Ｓｕｐｅｒ ｓｗｅｅｔ ｃｏｒｎ
ｓｈ２ｓｈ２．
图 ５　 ｓｈ２ 基因扩增片段电泳图
Ｆｉｇ． ５　 Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｇｒａｍ ｏｆ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｆｒａｇｍｅｎｔ ｂｙ ｓｈ２ ｇｅｎｅ
序列比对分析发现 （表 ３ ）， ０８ － ６４１ Ｓｕ１ 基因第
２７０３ｂｐ处 Ｃ被替换成 Ｇ，导致多肽链第 １６３ 位的苯丙
氨酸转换为亮氨酸；第 ８５７４ｂｐ处的 Ｔ碱基被替换成 Ｃ
碱基，导致多肽链第 ５７８ 位的色氨酸转换为精氨酸。
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　 １１ 期 空间环境诱发玉米胚乳突变体的鉴定与分析
表 ３　 突变体 ｓｔ１ 与对照 ０８ －６４１ 外显子序列变异
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｅｘｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｔａｎｔ ｓｔ１ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ０８ －６４１
碱基位置
Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｓｉｔｅ
外显子
Ｅｘｏｎ ０８ － ６４１ ｓｔ１
氨基酸变化
Ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｃｈａｎｇｅ（０８ － ６４１→ｓｔ１）
２７０３ Ｅ２ Ｃ Ｇ Ｐｈｅ→Ｌｅｕ
３９３５ Ｅ５ Ｇ Ｃ －
８５７４ Ｅ１３ Ｔ Ｃ Ｔｒｐ→Ａｒｇ
９４９５ Ｅ１６ Ｔ Ｃ －
９７００ Ｅ１７ Ａ Ｇ －
１００００ Ｅ１８ Ｔ Ｃ －
１００８７ Ｅ１８ Ｇ Ａ －
　 　 注：“ － ”：表示未引起氨基酸序列变化。 下同。
Ｎｏｔｅ： “ － ”ｍｅａｎｓ ｎｏ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｃｈａｎｇｅ． Ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｂｅｌｏｗ．
表 ４　 突变体 ｓｏ１ 与对照 １８ －５９９ 外显子序列变异
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｅｘｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｔａｎｔ ｓｏ１ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ １８ －５９９
碱基位置
Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｓｉｔｅ
外显子
Ｅｘｏｎ １８ － ５９９ ｓｏ１
氨基酸变化
Ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｃｈａｎｇｅ（１８ － ５９９→ｓｏ１）
１６９８ Ｅ２ Ｇ Ａ Ａｌａ→Ｔｈｒ
３０７０ Ｅ５ Ｇ Ｃ Ｇｌｙ→Ａｌａ
６５６６ Ｅ１４ Ｔ Ｇ －
６９８８ Ｅ１６ Ｔ Ｃ Ｉｌｅ→Ｔｈｒ
图 ６　 突变体 ｓｔ１ 和 ｓｏ１ 碱基变异类型
Ｆｉｇ． ６　 Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｍｕｔａｎｔ ｓｔ１ ａｎｄ ｓｏ１
　 　 另外在 ｓｕ１ 基因的第 ５、１６、１７、１８ 外显子中也检
测到单碱基的变异，但这些碱基的改变并没有引起编
码氨基酸序列的改变。
突变体 ｓｏ１ 与对照 １８ － ５９９ 的 ＤＮＡ 序列比对结
果见表 ４。 对照 １８ － ５９９ Ｓｈ２ 基因第 １６９８ｂｐ处的 Ｇ碱
基被替换成为 Ａ 碱基，导致多肽链第 ５２ 位的丙氨酸
转换为苏氨酸；第 ３０７０ｂｐ 处的 Ｇ 碱基被替换成为 Ｃ
碱基，导致多肽链第 １７７ 位的甘氨酸转换为丙氨酸；第
６９８８ｂｐ处的 Ｔ 碱基被替换成为 Ｃ 碱基，导致多肽链
５０９ 位的异亮氨酸转换为苏氨酸。 另外，在 ｓｈ２ 基因的
第 １４ 外显子中也检测到单碱基的变异，但这种碱基的
变异并不影响编码的氨基酸序列。
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通过目标基因的序列比对发现，突变体 ｓｔ１ 和 ｓｏ１
与正常自交系 ０８ － ６４１ 和 １８ － ５９９ 的碱基差异，不仅
存在于外显子，也存在于内含子，碱基差异表现包括缺
失、插入和替换（图 ６）。 突变体 ｓｔ１ 和 ｓｏ１ 发生单碱基
变异的主要类型均为 Ｔ «Ｃ 和 Ａ «Ｇ 的碱基颠换，由
此推测 Ｔ «Ｃ 和 Ａ «Ｇ 碱基颠换很可能为空间诱变
处理的热点变异形式。
３　 讨论
本研究从玉米自交系 ０８ － ６４１ 和 １８ － ５９９ 的卫星
搭载后代中获得 ２ 份皱缩籽粒胚乳突变体，籽粒糖含
量测定结果显示突变体 ｓｔ１ 为普甜玉米变异类型，突
变体 ｓｏ１ 为超甜玉米变异类型。 基因等位性测定结果
表明突变体 ｓｔ１ 与 ｓｕ１ 基因等位，突变体 ｓｏ１ 与 ｓｈ２ 基
因等位。 通过对 ｓｕ１ 和 ｓｈ２ 基因的序列分析发现，突
变体与普通玉米自交系在多个位点发生单碱基突变，
从而导致编码氨基酸序列的变异。
突变体 ｓｔ１ 在 ｓｕ１ 基因的 ２７０３ 和 ８５７４ ｂｐ 处发生
单碱基突变，导致多肽链第 １６３ 位的苯丙氨酸转换为
亮氨酸和第 ５７８ 位的色氨酸转换为精氨酸。 这与
Ｊａｓｏｎ等［１７］对突变体 ｓｕ１ － Ｒｅｆ分析结果相类似，即 ｓｕ１
－ Ｒｅｆ是由于多肽链第 １６３、３３８ 和 ５７８ 位的氨基酸由
苯丙氨酸、谷氨酸和色氨酸转换为亮氨酸、缬氨酸和精
氨酸造成。 突变体 ｓｔ１ 与突变体 ｓｕ１ － Ｒｅｆ 仅存在一个
氨基酸的差异，推测突变体 ｓｔ１ 很可能为不同于 ｓｕ１ －
Ｒｅｆ的新类型。 Ｓｕ１ 基因编码淀粉脱分支酶 ＳＤＢＥ，主
要催化多糖链中a － （１，６）糖苷键的水解，在淀粉合成
中起最后的修饰作用，玉米 ｓｕ１ 基因突变可能引起籽
粒胚乳内支链淀粉的生物合成量减少，而含糖量提
高［１８ － ２０］。
突变体 ｓｏ１ 在 ｓｈ２ 基因的第 ２、５ 和 １６ 外显子处都
有单碱基突变发生，导致多肽链第 ５２、１７７ 和 ５０９ 位的
丙氨酸、甘氨酸和异亮氨酸分别转换为苏氨酸、丙氨酸
和苏氨酸。 Ｓｈ２ 基因编码 ＡＤＰ －葡萄糖焦磷酸化酶的
大亚基，Ｓｈ２ 基因发生突变可能导致 ＡＧＰａｓｅ 失活，导
致淀粉合成代谢受阻［２１ － ２２］。 目前发现的 Ｓｈ２ 基因变
异类型有转座子插入、类似转座子序列片段插入导致
选择性剪切、内含子 ３′末端碱基突变导致选择性剪切
和单碱基突变等［２３ － ２４］。 Ｇｒｅｅｎｅ Ｗ Ｔ等［２５ － ２６］发现突变
体 ｐＳｈ２ － ｓｉｍ３６ － ＡＤ是由于单碱基的插入导致 ｓｈ２ 亚
基合成提前终止；突变体 ｐＳｈ２ － ｓｉｍ４９ － ＡＤ 中存在两
个碱基的替换，使多肽链第 ２４５ 位和 ４５５ 位的氨基酸
发生替换导致 ＳＨ２ 亚基与 ＢＴ２ 亚基无法结合。 杨若
飞［２７］利用伽马射线和叠氮化钠的结合剂量处理玉米
愈伤组织，在诱变后代中获得超甜玉米胚乳突变体，经
分析是由于第 １４ 外显子 ６５７２ 处的 Ｃ碱基突变成 Ｔ碱
基，导致多肽链第 ４３６ 位异亮氨酸转变成苏氨酸造成。
综合以上分析，可以发现 Ｓｈ２ 基因不同位点的碱基变
换会产生多个等位基因，Ｓｈ２ 的这些复等位基因为超
甜玉米多样性的存在奠定了基础。
本研究根据 Ｓｈ２ 基因序列设计的 ５ 对特异扩增引
物，引物 ｓｈ２ － １、ｓｈ２ － ３、ｓｈ２ － ４ 和 ｓｈ２ － ５ 都能在突变
体和正常玉米自交系中扩增出相同长度的目的条带，
引物 ｓｈ２ － ２ 只能在自交系 １８ － ５９９ 和 ０８ － ６４１ 中扩
增出目的条带，在突变体 ｓｏ１ 和超甜玉米 ｓｈ２ｓｈ２ 中均
不能扩增出目的条带。 对引物 ｓｈ２ － ２ 的结合位点序
列进行比对分析，发现 ｓｈ２ － ２ 的后引物结合位点位于
ｓｈ２ 基因的第 ５ 外显子处，而突变体 ｓｏ１ 和超甜玉米
ｓｈ２ｓｈ２ 在此处恰好都存在一个单碱基的突变，该处的
单碱基突变是否会影响引物 ｓｈ２ － ２ 与模板的结合，有
待进一步分析验证。
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Ｍｕｔａｎｔｓ Ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｓｐａｃｅ Ｆｌｉｇｈｔ
ＺＨＡＮＧ Ｃａｉ⁃ｂｏ　 ＺＨＯＵ Ｙｕａｎ⁃ｙｕａｎ　 ＷＡＮＧ Ｈａｎ⁃ｙｕ　 ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ⁃ｗｅｉ
ＷＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ⁃ｑｉｎｇ　 ＲＯＮＧ Ｔｉｎｇ⁃ｚｈａｏ　 ＣＡＯ Ｍｏ⁃ｊｕ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｒｏｐ Ｇｅｎｅｔｉｃ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ／ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｇｅｎｅｔｉｃ
Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｉｚｅ ｉｎ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｇｉｏｎ， Ｍａｉｚｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ／ Ｓｉｃｈｕａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ， Ｓｉｃｈｕａｎ　 ６１１１３０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｔｗｏ ｍａｉｚｅ ｉｎｂｒｅｄ ｌｉｎｅｓ ０８ － ６４１ ａｎｄ １８ － ５９９ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｉｎｔｏ ｃｏｓｍｉｃ ｓｐａｃｅ ｂｙ ｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅ
ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ＂ Ｓｈｉｊｉａｎ ８＂ ， ｇｒａｉｎ ｓｈｒｕｎｋｅｎ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｌｙ ａｎｄ ｏｐａｑｕｅｌｙ ｍｕｔａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ
ｔｈｅｉｒ ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｋｅｒｎｅｌ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ａｎｎｔｈｒｏｎｅ ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｕｇａｒ ｉｎ ｍｕｔａｎｔ ｓｔ１
ｋｅｒｎｅｌｓ ｂｅｇａｎ ｔｏ ｒｉｓｅ ｉｎ １０ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｐｏｌｌｉｎａｔｉｏｎ， ｔｏ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｉｎ ２５ ｄａｙｓ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ
０８ － ６４１， ｗｈｉｌｅ ｉｎ ｍｕｔａｎｔ ｓｏｌ ｋｅｒｎｅｌｓ ｉｔ ｂｅｇａｎ ｔｏ ｒｉｓｅ ｉｎ １０ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｐｏｌｌｉｎａｔｉｏｎ，ｔｏ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｉｎ ２０ ｄａｙｓ ａｎｄ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ １８ － ５９９． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ａｌｌｅｌｉｓｍ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｉｔ ｉｎ
ｂｏｔｈ ｍｕｔａｎｔｓ ｗａｓ ａｌｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｒｅｃｅｓｓｉｖｅ ｇｅｎｅ， ｔｈｅ ｍｕｔａｎｔ ｓｔ１ ｗａｓ ａｌｌｅｌｉｃ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕ１ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｕｔａｎｔ ｓｏｌ ｗａｓ
ａｌｌｅｌｉｃ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈ２． ＤＮＡ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｆｏｕｎｄ ２ ｓｉｎｇｌｅ － ｂａｓｅ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ２ ａｎｄ １３ ｅｘｏｎ ｏｆ ｓｕ１ ｇｅｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｔａｎｔ
ｓｔ１ ａｎｄ ３ ｓｉｎｇｌｅ － ｂａｓｅ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ２， ５ ａｎｄ １６ ｅｘｏｎ ｏｆ ｓｈ２ ｇｅｎｅ ｉｎ ｍｕｔａｎｔ ｓｏ１ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ
ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ． Ｓｏ ｉｔ ｉｓ ｉｎｆｅｒｒｅｄ ｔｈａｔ ｓｔａｒｃｈ ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｕｔａｎｔｓ ｍａｙ ｂｅ ｂｌｏｃｋｅｄ ｂｙ ｔｈｅｓｅ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ， ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ
ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｋｅｒｎｅｌ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍａｉｚｅ； Ｓｐａｃｅ Ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ； Ｃｏｒｎ Ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ Ｍｕｔａｎｔ； Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ； Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
９０６１