整合性QTL定位和RNA-seq分析揭示了大型玉米-Teosinte群体中穗柄长度的遗传结构及候选基因

《Theoretical and Applied Genetics》：Integrative QTL mapping and RNA-seq unravel the genetic architecture and candidate genes for ear shank length in a large maize–teosinte population

玉米穗轴长度（ESL）的遗传解析发现11个QTL，通过866份自交系和19838个SNP标记定位，贡献35.8%的表型变异，其中10个QTL携带teosinte等位基因。目标QTL qESL1-1通过RNA-seq和qRT-PCR验证，鉴定出3个候选基因（磷脂酰肌醇转移蛋白、异常定位蛋白、天冬氨酸合成酶），涉及花器官发育、氨基酸代谢和MAPK信号通路。

　　

摘要

主要结论

通过高分辨率QTL定位分析866个玉米-提奥辛特（maize-teosinte）重组自交系（RILs），鉴定出了11个控制玉米穗柄长度（ESL）的QTLs（数量性状基因座）。此外，还通过整合RNA-seq和qRT-PCR技术进一步筛选出了3个与qESL1-1相关的候选基因。

摘要

穗柄长度（ESL）是玉米中的一个关键形态特征，对产量形成、籽粒脱水和机械收割效率有显著影响。为解析ESL变异的遗传基础，我们使用了866个玉米-提奥辛特BC?S?重组自交系进行了高分辨率定量性状基因座（QTL）定位分析，这些自交系配备了19,838个单核苷酸多态性标记。在三种不同环境下的表型评估显示，ESL存在较大变异，其长度范围为9.9至18.7厘米。相关性分析表明，ESL与大多数农艺性状呈正相关，但与大多数产量相关性状呈负相关，同时对营养性状的影响相对有限。多重QTL定位共识别出11个位于8条染色体上的QTLs，这些QTLs共同解释了35.8%的表型变异，其个体效应范围为1.6%至4.7%。值得注意的是，这11个QTL中有10个携带了能够增加ESL长度的提奥辛特等位基因，这表明在长期的驯化和改良过程中存在强烈的定向选择。目标QTL qESL1-1通过近等基因系得到了验证，证实了其对ESL的显著影响及多效性。利用近等基因系进行的RNA测序（RNA-seq）转录组分析发现了773个差异表达基因，其中qESL1-1位点内包含3个有潜力的候选基因：Zm00001d028720（磷脂酰肌醇转移蛋白）、Zm00001d028761（叶绿体异常定位蛋白）和Zm00001d028766（天冬酰胺合成酶）。基因本体富集分析显示，相关基因主要集中在花器官发育相关通路，而通路分析则强调了这些基因在氨基酸代谢和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路中的作用。本研究揭示了ESL的多基因调控机制，并确定了来自提奥辛特的遗传资源，可用于优化现代育种程序中的玉米植株结构。

主要结论

通过高分辨率QTL定位分析866个玉米-提奥辛特重组自交系（RILs），鉴定出了11个控制玉米穗柄长度（ESL）的QTLs。此外，还通过整合RNA-seq和qRT-PCR技术进一步筛选出了3个与qESL1-1相关的候选基因。

摘要

穗柄长度（ESL）是玉米中的一个关键形态特征，对产量形成、籽粒脱水和机械收割效率有显著影响。为解析ESL变异的遗传基础，我们使用了866个玉米-提奥辛特BC?S?重组自交系进行了高分辨率定量性状基因座（QTL）定位分析，这些自交系配备了19,838个单核苷酸多态性标记。在三种不同环境下的表型评估显示，ESL存在较大变异，其长度范围为9.9至18.7厘米。相关性分析表明，ESL与大多数农艺性状呈正相关，但与大多数产量相关性状呈负相关，同时对营养性状的影响相对有限。多重QTL定位共识别出11个位于8条染色体上的QTLs，这些QTLs共同解释了35.8%的表型变异，其个体效应范围为1.6%至4.7%。值得注意的是，这11个QTL中有10个携带了能够增加ESL长度的提奥辛特等位基因，这表明在长期的驯化和改良过程中存在强烈的定向选择。目标QTL qESL1-1通过近等基因系得到了验证，证实了其对ESL的显著影响及多效性。利用近等基因系进行的RNA测序（RNA-seq）转录组分析发现了773个差异表达基因，其中qESL1-1位点内包含3个有潜力的候选基因：Zm00001d028720（磷脂酰肌醇转移蛋白）、Zm00001d028761（叶绿体异常定位蛋白）和Zm00001d028766（天冬酰胺合成酶）。基因本体富集分析显示，相关基因主要集中在花器官发育相关通路，而通路分析则强调了这些基因在氨基酸代谢和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路中的作用。本研究揭示了ESL的多基因调控机制，并确定了来自提奥辛特的遗传资源，可用于优化现代育种程序中的玉米植株结构。