我院玉米生物育种基础研究取得新突破

玉米抗倒伏能力受多种因素影响，玉米的株高、穗位高、茎秆直径、茎秆表皮穿刺强度、干物质含量等主要农艺性状都与抗倒伏相关。国内外对于玉米茎秆抗倒伏能力研究多集中在地上第3节茎秆的研究，其茎秆直径、茎秆长、表皮穿刺强度和干物质含量能很好地反映出茎秆抗倒伏能力，与抗倒伏能力关联性都较强。前人研究多数利用构建的分离群体进行茎秆穿刺强度等性状分析，并且对于茎秆干物质含量研究较少，利用遗传基础更加广泛的自然群体进行关联分析有利于加深对玉米抗倒相关性状的理解。

近日，鹤壁市农业科学院生物育种团队在BMC Genomics在线发表了题为“Genome-wide association study for stalk lodging resistance related traits in maize (Zea mays L.)”的研究论文，作者利用现代生物技术手段解析玉米茎秆穿刺强度和干物质含量的遗传基础，从分子水平发掘控制第三节茎秆相关性状的候选关联基因，为茎秆抗倒伏能力性状遗传改良提供理论依据，进而为培育抗倒伏能力强的玉米新组合提供参考。据悉，这是鹤壁市农业科学院以第一机构单位首次在国际知名期刊发表的SCI（Q2, IF=4.89）收录文章。

研究发现，玉米的茎秆直径（Stalk diameter, SD）、茎秆长（Stem length, SL）、表皮穿刺强度（Rind penetrometer resistance, RPR）和干物质含量（Dry matter content，DMC）是衡量抗倒伏能力的重要指标。以377份组成的关联群体为材料，分别在玉米抽雄期、灌浆期和成熟期调查玉米地上第三节的茎秆直径、茎秆长、表皮穿刺强度和干物质含量4个性状。利用全基因组重测序获得高质量的461053个SNPs用于全基因组关联分析，结果表明，利用混合线性模型（MLM）分析，共检测出29个与性状相关的显著SNPs（P<9.77×10^-6），其中包含4个RPR，1个SD，4个SL和20个DMC，对表型变异解释率为7.19%-15.03%，大多数候选基因与植物元件结构发生、信号转导机制、无机离子的转运与代谢、核苷酸的转运与代谢及转运酶家族相关。比较MLM和 GLM两种统计模型共有12个候选基因被重复检测到，其中候选基因Zm00001d014449 被检测到5次，表型变异解释率为9.95%-10.84%，该基因主要在细胞分裂与组织分化活跃的细胞中表达，参与茎秆维管束形成和细胞壁的合成。另一个候选基因Zm00001d005300编码转录因子MYB44，该基因调控盐胁迫信号磷酸化的依赖，能有效地抑制破坏性活性氧的积累，对非生物胁迫有一定的抵御作用。另外，本研究还发现10个未知功能基因可进一步对其进行功能验证。

生物育种团队供稿

2023年1月19日