《Frontiers in Plant Science》：Identification of QTLs and new candidate genes affecting ear shank length via BSA-seq and transcriptomic analysis in maize
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本研究通过BSA-seq（混池分组分析测序）与RNA-seq（转录组测序）联合分析，在玉米长/短穗轴自交系群体中鉴定到14个QTL（数量性状位点）及13个候选基因，首次揭示溶菌转糖基酶基因（Zm00001eb023400等）通过调控细胞壁重塑、苯丙烷生物合成通路影响穗轴发育的分子机制，为玉米株型改良提供新靶点。
引言：作为连接茎秆与果穗的关键结构，玉米穗轴承担水分养分运输及灌浆期碳水化合物暂存功能，其长度直接影响授粉效率与机械收获效率。本研究利用长穗轴自交系L135（平均穗轴长21.83 cm）与短穗轴自交系WL134（平均穗轴长7.97 cm）构建F2群体，通过多组学整合分析揭示穗轴长度的遗传基础。
材料与方法：在河北农林科学院试验站种植F2群体（308个株系），分别选取30株极端长/短穗轴个体构建混池（L-pool/S-pool）。采用DNBSEQ-T7平台进行BSA-seq（亲本测序深度20×，混池30×），利用△(SNP/InDel-index)和G‘-值法进行关联分析。同步采集吐丝期穗轴样本进行RNA-seq（Illumina Novaseq平台），通过DESeq2筛选差异表达基因（DEG），并结合GO/KEGG富集分析、qRT-PCR验证候选基因。
结果：
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表型分析显示L135的穗轴长度、株高、穗位高及节间数均显著高于WL134，F2群体穗轴长度呈现连续变异特征；
- 2.
BSA-seq鉴定出14个QTLs，分布于第1、2、4、5、6、7、8、9染色体，其中5个位点（qESL1、qESL4、qESL5、qESL7、qESL10）与已报道QTLs重合，9个为新位点；
- 3.
RNA-seq发现3,460个DEGs（L135 vs WL134），其中1,802个基因上调，1,658个下调。KEGG富集显示苯丙烷生物合成、玉米素生物合成等通路显著激活；GO分析表明细胞壁组织、微管运动等生物学过程参与穗轴发育；
- 4.
整合分析筛选出19个共定位基因，qRT-PCR验证后确定13个高置信候选基因。其中第1染色体上的Zm00001eb023400、Zm00001eb023420（溶菌转糖基酶基因）及Zm00001eb050490通过调控细胞壁降解影响穗轴伸长；第6染色体上的Zm00001eb282410、Zm00001eb282430（过氧化物酶基因）富集于苯丙烷生物合成通路，可能通过调节木质素合成调控穗轴发育。
讨论：本研究首次将BSA-seq与RNA-seq联合策略应用于玉米穗轴长度遗传解析，发现细胞壁重塑与苯丙烷代谢通路的关键作用。溶菌转糖基酶（GH45家族）可能通过修饰细胞壁多糖网络调控细胞伸长，而苯丙烷途径衍生的木质素与黄酮类化合物分别影响细胞壁刚性及生长素运输。这些发现为高密度育种提供了新分子靶点。
结论：通过多组学整合分析成功定位13个候选基因，系统揭示细胞壁动态重构与次生代谢协同调控穗轴长度的新机制，为玉米株型精准改良奠定理论基础。
