全基因组关联研究解析了玉米籽粒产量及其组成性状的遗传结构

《BMC Plant Biology》：Genome-wide association study dissects the genetic architecture of kernel rate and its component traits in maize

　　

摘要

籽粒率（KR），即籽粒重量与穗重之比，是衡量同化物分配效率的关键指标，决定了在高种植密度条件下单穗产量的稳定性。尽管它在现代集约化农业中起着至关重要的作用，但其遗传结构仍很大程度上尚未被阐明。在这里，我们使用来自七个不同环境的502个玉米自交系，对籽粒率及其组成性状——穗重（EW）、籽粒重量（KW）和穗轴重量（CW）进行了全基因组关联研究（GWAS）。表型分析显示了显著的变异性和高遗传率。通过利用1077万个高质量SNP，我们发现了202个显著关联位点，并将其精炼为106个数量性状位点（QTL），每个QTL解释了5%-12%的表型变异。值得注意的是，有四个QTL热点在多个性状和环境中共定位，表明存在多效性调控。结合基因注释和转录组谱型分析后，我们将这些位点缩小到308个基因。随后的单倍型分析确定了两个高置信度的候选基因：ZmKR1（编码五肽重复蛋白PPR，对籽粒发育至关重要）和ZmKR2（编码减数分裂重组11b，一种DNA修复成分）。具体而言，ZmKR1和ZmKR2的有利单倍型（Hap1）与较高的籽粒率显著相关。此外，进化分析表明这两个基因在驯化过程中受到了选择。我们的发现为籽粒率及其组成成分提供了全面的遗传解析，为理解同化物分配的调控机制提供了基础见解，并为培育在高密度条件下具有更好产量稳定性的玉米品种提供了宝贵的基因资源。