玉米氮效率QTL定位和候选基因筛选

【目的】实现玉米养分高效利用的遗传改良是保障国家粮食安全的重要途径。挖掘玉米氮高效QTL与相关候选基因可为提高玉米氮肥使用效率,为培育高产高效玉米品种提供理论基础。【方法】通过对KA105/KB024构建的重组自交系群体在不同氮素处理下的籽粒产量以及氮肥偏生产力、耐低氮系数、氮肥农学利用效率进行QTL定位分析,同时,结合亲本KA105在苗期低氮水平下的转录组数据筛选差异表达基因,利用共表达分析挖掘玉米氮效率候选基因,并利用qRT-PCR对筛选到的候选基因进行验证。【结果】通过定位分析,共检测到36个分布在不同染色体上的QTL,可解释1.63%—17.26%的表型变异。其中,鉴定到8个表型变异解释率超过10%的主效QTL,7个在不同性状或环境下共同被鉴定到的遗传稳定QTL。其中,位于第1染色体的qNNGYP1在前人研究中被多次检测到,其表型解释率可达11.73%,不同环境下多个QTL(qNNGYP1和qPFPN1)在此区间内被检测到,可作为重点区段进行更进一步的研究。结合苗期低氮胁迫下转录组数据,在QTL区间内共筛选到39个差异表达基因,进行共表达网络预测后,鉴定到6个节点基因作为候选基因,qRT-PCR结果显示,在2种氮处理下,候选基因的表达趋势与转录组数据相同。其中,GRMZM2G366873参与生长素稳态的调控,可能通过生长素信号转导参与玉米低氮胁迫、干旱胁迫与硼胁迫的响应,并调控玉米穗长;GRMZM2G414192参与光合系统对低氮胁迫的响应,其蛋白含量受油菜素甾醇调控;GRMZM2G414043与玉米粒长及生物量相关;GRMZM2G040642可能参与氮的远距离信号传导。【结论】检测到36个QTL,分布于第1、4、5、7、8和9染色体上,其中,包含8个主效QTL(PVE>10%)。筛选到GRMZM2G366873、GRMZM2G414192、GRMZM2G414043、GRMZM2G040642可作为玉米氮效率候选基因。