西北农林科技大学薛吉全团队利用多组学分析挖掘玉米籽粒含水量和脱水速率相关基因

      玉米作为第一大粮食作物，是饲料、工业原料和能源的重要来源，对保障我国粮食安全和饲料安全具有重要的战略意义。选育早熟耐密宜机收品种是实现生产方式由人工劳作向机械化生产转型的关键，是玉米生产发展的必然趋势。玉米收获时籽粒含水率是影响机械化收获的关键因素。目前玉米籽粒水分变化的遗传调控机制尚不清楚，制约了宜机收玉米种质创制和新品种培育。  

 

      近日，西北农林科技大学薛吉全教授团队在The Crop Journal在线发表了题为Time-resolved multiomics analysis of the genetic regulation of maize kernel moisture的研究论文，通过时序多组学分析揭示了玉米籽粒水分动态变化的遗传结构，筛选了与玉米籽粒含水率和脱水速率关联的候选基因，为创制脱水快的玉米种质和培育宜机收品种奠定良好的基础。

      

 

 

      

      该研究以团队自主构建的陕A群和陕B群选育的玉米自交系为材料，明确了授粉后7、14、21、28、35、42、49、56、63和70天的玉米籽粒含水率动态变化规律，揭示了不同类型玉米自交系脱水速率差异特征。结合高通量高质量SNP标记、时序籽粒含水率和脱水速率数据，以及表征籽粒含水率和脱水速率数据变化的主成分数据，在全基因组水平，分别鉴定到了98个和279个影响玉米籽粒含水率和脱水速率的SNP（图1）。分析发现，性状关联的SNP之间存在显著的互作，且籽粒脱水速率关联的SNP加性效应大于籽粒含水率关联的SNP加性效应。同时，利用时序的转录组数据和蛋白组数据构建了玉米籽粒含水率相关基因和蛋白的共表达网络，明确了相关基因和蛋白显著富集在淀粉合成、干燥等生物学过程（图2）。多组学联合分析鉴定的候选基因为进一步解析玉米籽粒含水率和脱水速率的分子调控网络提供了重要资源。

图1  玉米籽粒含水率和脱水速率的全基因组关联分析

      

      

图2  玉米籽粒含水率相关基因和蛋白及其功能多样性

      

      作者和基金项目

      

      西北农林科技大学玉米生物学与抗逆遗传育种团队渠建洲博士为该文第一作者，薛吉全教授、马闯教授和徐淑兔副教授为共同通信作者，硕士研究生苟晓楠、张浩、王孝月以及博士研究生程前等参加了部分数据采集和分析工作。该研究得到陕西省自然科学基础研究项目（S2021-JC-WT-006）、国家重点研发计划“七大育种作物育种”专项（2018YFD0100200）、中国博士后科学基金（2018M633588）和国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-02-77）的资助。