玉米茎秆营养品质性状全基因组关联分析及候选基因筛选

摘要

【目的】从分子水平对玉米茎秆主要营养品质性状进行遗传解析,为玉米茎秆主要营养品质性状的遗传改良提供理论依据。【方法】以381份不同类型玉米自交系作为关联群体,2016年、2017年在河南省鹤壁市农业科学院试验园区进行随机区组种植,于玉米抽雄期、灌浆期和成熟期调查茎秆营养品质性状酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)和消化率(IVDMD)。利用Maize SNP50基因芯片获得高质量的461053个SNP用于全基因组关联分析。【结果】利用广义线性模型(GLM)分析,在玉米10条染色体上两年共检测出不同生育时期茎秆营养品质性状392个显著相关的SNP(P<1.08×10^(-7)),表型变异解释率为9.69%~17.34%,发现2次以上独立关联到的SNP有97个,共获得77个与茎秆营养品质性状关联的候选基因;利用混合线性模型(MLM)分析,两年共检测出257个显著相关的SNP(P<2.17×10^(-6)),表型变异解释率为9.82%~20.20%,发现2次以上独立关联到的SNP有17个,共获得82个候选基因,与GLM模型候选基因重合的有10个。GLM和MLM两种模型共鉴定出159个候选关联基因,有43个候选基因被2次以上重复检测到;其中,Zm00001d021261在多个位点发现31次与不同年份ADF、NDF和IVDMD相关联,该基因编码产物为ATP结合蛋白和叶绿体传感器激酶,在成熟期叶片中表达量最高;Zm00001d021255在两个位点发现10次与茎秆营养品质性状相关联,该基因编码产物为富半胱氨酸受体样蛋白激酶25,只在发育节间和雌穗中表达,可进一步深入研究验证。【结论】采用GLM和MLM两种模型可以快速、有效地关联到玉米茎秆营养品质相关性状显著性位点,通过重复性显著位点筛选出HC-SNP,进而挖掘出关联基因富集区域。