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)變化的主成分數(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數(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。
