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在玉米全基因组水平上解析玉米籽粒淀粉含量的遗传基础

2021-06-09 17:23:35  来源: 分析测试百科网

近期,中国农业大学国家玉米改良中心杨小红团队在国际学术期刊Plant Biotechnology Journal上在线发表了题为“Genetic basis of kernel starch content decoded in a maize multi-parent population”的研究论文。本研究通过连锁分析、关联分析、代谢途径驱动分析等方法在玉米全基因组水平上全面解析了玉米籽粒淀粉含量的遗传基础,为玉米产量和品质的遗传改良提供理论依据。

  

  玉米为全球最重要的农作物之一,用途广泛,是重要的粮食、饲料以及能源作物。淀粉为玉米籽粒的主要组分,约占籽粒干重的70%,不仅是影响籽粒产量的重要因素,还是食品生产和工业加工如造纸业、医药行业、生物燃料等领域提供原料。因此,解析玉米籽粒淀粉含量的遗传基础,对高产优质玉米新品种的培育意义重大。

  本研究以6个重组自交系群体为材料,利用单个群体的QTL定位、整合群体的联合连锁分析和基于RIL群体的全基因组关联分析等方法对淀粉含量进行遗传解析,共鉴定到50个控制淀粉含量的QTL和9对上位性QTL(图1),QTL效应分析表明少数大效应加性QTL、大量微效加性QTL和少数微效上位性QTL是籽粒淀粉表型变异的遗传基础。通过QTL区间关联分析和代谢途径相关基因的共定位分析共鉴定到33个候选基因,其中27个基因为非淀粉代谢途径基因,表明许多非淀粉代谢途径基因的自然变异可能对玉米籽粒淀粉含量的合成和积累起着重要作用。

  

  图1 玉米籽粒淀粉含量的遗传结构小结

  通过代谢途径相关基因的共定位分析发现ZmTPS9为玉米籽粒淀粉含量QTL—qSTA4–2的候选基因之一。该基因编码海藻糖代谢途径中的海藻糖-6-磷酸合成酶,主要在籽粒和胚乳中表达,随着籽粒灌浆过程其表达量逐渐升高。突变体分析发现,ZmTPS9中的海藻糖-6-磷酸磷酸酯酶功能丧失之后,玉米籽粒淀粉含量和百粒重均显著增加(图2),表明ZmTPS9在玉米产量和品质的遗传改良中具有潜在的应用价值。

  该研究为高产优质新品种的培育提供了潜在的育种材料和基因资源,对玉米高产和淀粉品质的遗传改良具有重要意义。

  

  图2 ZmTPS9影响籽粒淀粉含量和百粒重

  中国农业大学国家玉米改良中心博士生胡书婷和王敏为该论文共同第一作者,杨小红教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划(2016YFD0100503)、国家自然科学基金创新群体科学基金(31421005)和优秀青年基金(31722039)、北京高校卓越青年科学家计划(BJJWZYJH01201910019026)等项目资助。


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