玉米耐旱性与产量相关性状的全基因组关联分析和基因组预测研究揭示遗传结构

编辑推荐：针对干旱胁迫导致玉米产量下降的难题，国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)团队通过多环境表型分析和7种多基因座GWAS模型(mrMLM/FARMCPU等)，鉴定出172个稳定QTNs(含17个R2≥10%位点)和43个候选基因(如调控产量的AP2-EREBP转录因子Zm00001eb041070)，结合rrBLUP模型实现中高预测精度(0.29-0.72)，为耐旱玉米分子设计育种提供新靶点。

　　 干旱是撒哈拉以南非洲玉米生产的主要限制因素，可导致产量损失高达90%。尽管传统育种在提高玉米耐旱性方面取得进展，但由于产量性状的多基因特性及基因型与环境互作(GEI)，直接选择效率低下。国际玉米小麦改良中心的研究团队通过整合多环境表型数据与基因组学方法，系统解析了干旱条件下玉米产量及相关农艺性状的遗传结构，成果发表于《BMC Plant Biology》。

研究采用236个玉米自交系与单交种测试杂交，在干旱(DS)和适宜(OPT)条件下进行多地点田间试验，测定粒重(GY)、开花期(AD/SD/ASI)、株高(PH)等8个性状。利用215,542个SNP进行群体结构(PCA+K=4)和连锁不平衡分析(LD衰减4.75 kb)，结合7种多基因座GWAS模型(mrMLM/FASTmrMLM/FARMCPU等)和rrBLUP基因组预测。

关键结果

1. 表型变异与遗传力：干旱使GY降低71%，ASI延长3天。GY遗传力在干旱下仅0.25，而ASI达0.46，支持间接选择策略。

2. QTNs鉴定：共发现172个稳定QTNs，其中77个与干旱性状相关。qGY_DS1.1(S1_216149215)位于AP2-EREBP转录因子基因Zm00001eb041070内，单倍型Hap1使GY提高22%。qASI_DS8.2(S8_167256316)关联TCP转录因子Zm00001eb364110，调控开花同步性。

3. 候选基因：43个基因中，Ubiquitin受体Zm00001d045665参与胁迫响应，Rubisco甲基转移酶Zm00001eb058200影响光合效率，MATH-BTB蛋白基因Zm00001d002247调控穗粒数。

4. 基因组预测：rrBLUP模型在干旱下对GY预测精度为0.29，适宜条件下达0.65，表明结合GWAS可提升选择效率。

结论意义 该研究首次通过多模型GWAS系统鉴定热带玉米耐旱相关QTNs，发现AP2-EREBP和TCP转录因子家族的关键作用。单倍型分析与基因组预测的整合为分子标记辅助选择提供实践路径，加速耐旱品种培育。研究强调次级性状(如ASI)在干旱育种中的价值，并为复杂性状的遗传解析提供方法论参考。