玉米自交系苗期根系性状全基因组关联分析

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玉米(Zea mays L.)是世界上最重要的作物之一,也是我国的主要粮食作物,干旱是制约玉米产业发展最重要的非生物胁迫因素。在我国,每年约60%玉米播种区会遭受干旱气候影响,造成减产20%-30%。研究作物抗旱机制、培育作物抗逆新品种,是应对干旱胁迫最为经济有效的方法。根系是玉米吸收水分和养分的重要器官,对于玉米抵御干旱起着至关重要的作用,对玉米根系表型进行遗传解析,发掘根系发育相关基因位点,对于通过分子手段改善根系结构,从而提高玉米抗旱性具有重要意义。本研究以100份玉米自交系为研究材料,对其苗期根系进行表型鉴定,并通过全基因组关联分析发掘控制玉米苗期根系发育的基因位点,并对候选基因进行了预测。结果表明:不同自交系间根系表型差异性较大,变异系数在7%-60%之间,其中侧根数、侧根长、总根数的表型变异最为丰富,变异系数分别为60%、41%和43%;根含水率、根直径的变异范围小,变异系数分别为7%、14%;多个表型之间的相关性达到极显著水平,其中总根长与侧根长的相关性最高,相关系数为0.996,其次,总根数与侧根数、主根长与最大根长相关性也较高,相关系数分别为0.983和0.905;关联分析确定了39个与苗期根系表型相关的SNP,其中根表面积关联位点最多共12个,分布于玉米第6、7和10号染色体;根系含水量关联位点最少,共1个SNP位于第5号染色体;共发掘到67个在根系中表达量较高的候选基因,其功能涉及到植物体内代谢调节、对于环境胁迫的应激反应、相关蛋白质活性的催化、植物体内的信号转导等。本研究为进一步克隆玉米根系发育相关基因,为玉米根系发育的分子机制提供了重要参考。
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