The Crop Journal | 中国农大整合QTL定位与转录组分析鉴定调控玉米水氮互作的候选基因

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

水和氮肥是限制玉米生产力的关键因素。在农业生产上，只有合理配置水氮资源，科学管理，才能起到以水促氮、以氮调水，发挥水氮耦合的整体增产作用。大量的研究表明，玉米对生长环境中水和氮的响应存在明显的基因型差异，即基因型与水和氮三者之间存在复杂的互作关系。解析基因型与水和氮之间互作的遗传基础并在育种中加以利用，有利于协同提高玉米的产量潜力和水氮利用效率，但该方面的研究工作还鲜有报道，亟待加强。

近日，中国农业大学资源与环境学院/国家农业绿色发展研究院-植物营养系在The Crop Journal在线发表题为“QTL mapping and transcriptome analysis identify candidate genes influencing water–nitrogen interaction in maize”的研究论文。作者对掖478/武312重组自交系群体在4种不同的水氮条件下的12个田间农艺与产量性状进行评估，通过整合多环境联合QTL定位和不同盆栽条件下亲本的转录组差异表达分析，共同确定了参与玉米基因型与水和氮相互作用的候选基因。

该研究发现，重组自交系群体的田间农艺与产量性状在不同基因型与水氮条件之间存在显著差异（图1）。作者利用多环境联合QTL定位的方法定位到31个与不同水氮条件下农艺与产量性状相关的QTL，其中12个QTL存在基因型与水和氮之间的互作（图2）。通过对不同盆栽试验条件下重组自交系亲本的转录组分析，筛选出8060个水氮响应的差异表达基因，并构建了基因共表达调控网络（图3和图4）。最后，整合QTL定位、基因共表达分析以及基因功能注释，鉴定出两个调控基因型与水和氮互作的候选基因（Zm00001d011117和Zm00001d026632），分别编码脱落酸8-羟化酶（ABA 8’-hydroxylase，ABA8ox）和天冬酰胺合成酶（Asparagine synthetase，Asn）。进一步通过相关性分析发现，Zm00001d011117的表达与ABA含量呈负相关，Zm00001d026632表达与Asn含量呈正相关。同时，不同水氮条件下穗位叶中ABA和Asn的含量分别与穗位叶宽和籽粒产量呈正相关（图5）。综上所述，该研究鉴定了参与玉米响应水氮互作的候选基因，为理解玉米基因型与水和氮互作的遗传调控以及玉米水氮利用效率的遗传改良提供了理论基础。

作者和基金项目

中国农业大学资源与环境学院已毕业的博士研究生何坤辉和在读博士研究生张雅坤为该文共同第一作者，潘清春副教授为通信作者。该研究得到国家重点研发计划项目（2021YFD1200700）、国家自然科学基金项目（32272076）、海南省科技计划三亚崖州湾科技城联合项目（320LH011）以及内蒙古科技成果转化基金项目（2021CG0026）的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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