玉米作為第一大糧食作物，是飼料、工業(yè)原料和能源的重要來源，對保障我國糧食安全和飼料安全具有重要的戰(zhàn)略意義。選育早熟耐密宜機收品種是實現(xiàn)生產(chǎn)方式由人工勞作向機械化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，是玉米生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢。玉米收獲時籽粒含水率是影響機械化收獲的關(guān)鍵因素。目前玉米籽粒水分變化的遺傳調(diào)控機制尚不清楚，制約了宜機收玉米種質(zhì)創(chuàng)制和新品種培育。  

 

      近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)薛吉全教授團(tuán)隊在The Crop Journal在線發(fā)表了題為Time-resolved multiomics analysis of the genetic regulation of maize kernel moisture的研究論文，通過時序多組學(xué)分析揭示了玉米籽粒水分動態(tài)變化的遺傳結(jié)構(gòu)，篩選了與玉米籽粒含水率和脫水速率關(guān)聯(lián)的候選基因，為創(chuàng)制脫水快的玉米種質(zhì)和培育宜機收品種奠定良好的基礎(chǔ)。

      

 

 

      

      該研究以團(tuán)隊自主構(gòu)建的陜A群和陜B群選育的玉米自交系為材料，明確了授粉后7、14、21、28、35、42、49、56、63和70天的玉米籽粒含水率動態(tài)變化規(guī)律，揭示了不同類型玉米自交系脫水速率差異特征。結(jié)合高通量高質(zhì)量SNP標(biāo)記、時序籽粒含水率和脫水速率數(shù)據(jù)，以及表征籽粒含水率和脫水速率數(shù)據(jù)變化的主成分?jǐn)?shù)據(jù)，在全基因組水平，分別鑒定到了98個和279個影響玉米籽粒含水率和脫水速率的SNP（圖1）。分析發(fā)現(xiàn)，性狀關(guān)聯(lián)的SNP之間存在顯著的互作，且籽粒脫水速率關(guān)聯(lián)的SNP加性效應(yīng)大于籽粒含水率關(guān)聯(lián)的SNP加性效應(yīng)。同時，利用時序的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和蛋白組數(shù)據(jù)構(gòu)建了玉米籽粒含水率相關(guān)基因和蛋白的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，明確了相關(guān)基因和蛋白顯著富集在淀粉合成、干燥等生物學(xué)過程（圖2）。多組學(xué)聯(lián)合分析鑒定的候選基因為進(jìn)一步解析玉米籽粒含水率和脫水速率的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了重要資源。

圖1  玉米籽粒含水率和脫水速率的全基因組關(guān)聯(lián)分析

      

      

圖2  玉米籽粒含水率相關(guān)基因和蛋白及其功能多樣性

      

      作者和基金項目

      

      西北農(nóng)林科技大學(xué)玉米生物學(xué)與抗逆遺傳育種團(tuán)隊渠建洲博士為該文第一作者，薛吉全教授、馬闖教授和徐淑兔副教授為共同通信作者，碩士研究生茍曉楠、張浩、王孝月以及博士研究生程前等參加了部分?jǐn)?shù)據(jù)采集和分析工作。該研究得到陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究項目（S2021-JC-WT-006）、國家重點研發(fā)計劃“七大育種作物育種”專項（2018YFD0100200）、中國博士后科學(xué)基金（2018M633588）和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-02-77）的資助。