玉米籽粒蛋白质含量多基因遗传架构解析与关键候选基因鉴定

《BMC Genomics》：Genetic mapping of QTL controlling kernel protein content in maize using multiple DH populations

摘要

背景

玉米籽粒蛋白质含量是决定食品与饲料营养质量的关键因素。然而，常规玉米胚乳中相对较低的蛋白质含量仍然是制约人和家畜利用籽粒营养素生物可利用性的主要瓶颈。利用稳定且高效的作图群体对籽粒蛋白质含量的遗传基础进行进一步解析仍然十分必要。

结果

本研究利用四条蛋白质含量差异显著的优异玉米自交系构建了三个DH（双单倍体）群体。表型分析显示，籽粒蛋白质含量呈连续且近似正态分布，广义遗传力为70.17%至73.93%，表明遗传因素是表型变异的主要贡献者。利用5730个SNP标记构建了三个遗传连锁图谱，平均遗传距离为1.20 cM。在三个群体中共检测到14个显著QTL，单个QTL的表型贡献率（PVE）范围为3.70%至18.04%。值得注意的是，在不同群体间鉴定到了稳定且重叠的QTL，其中第7号染色体上存在一个显著聚集区。全基因组两基因座扫描共检测到35对显著上位性互作对，其中在C8806群体中上位性互作对表型方差的贡献率高达58.78%，且在不同群体间的遗传贡献呈现高度变异。比较定位分析表明，14个QTL中有12个与已知的蛋白质及氨基酸相关QTL共定位，验证了这些基因组区段的可靠性和保守性。在这些区间内，共鉴定出7个关键候选基因，它们参与硝酸盐吸收、氮信号转导、氨基酸转运以及贮藏蛋白的合成、积累和转录调控。

结论

本研究揭示了玉米籽粒蛋白质含量的多基因遗传架构。所鉴定的稳定QTL、重叠位点和关键候选基因为标记辅助选择和定位克隆提供了基础。这些发现将支持分子育种，有助于提高玉米的蛋白质含量和营养质量。