玉米产量相关QTL的鉴定与分子育种应用：基于DH群体的KRN和EL遗传解析

本研究针对玉米(Zea mays L.)产量关键性状——穗行数(KRN)和穗长(EL)的遗传基础展开深入解析。研究人员利用PHBA6与Chang7-2构建的双单倍体(DH)群体，通过多环境QTL定位结合GWAS、转录组和序列分析，鉴定出9个一致性QTL（含3个新位点），发现Zm00001d031913(WAT1相关蛋白)和Zm00001d026621(WD40蛋白)等候选基因的结构变异。特别验证了qEL3.1位点在郑单958杂交种中的增产效应，为玉米分子设计育种提供了新靶点。

　　

玉米作为全球最重要的粮食作物之一，其产量提升始终是育种研究的核心目标。穗行数(KRN)和穗长(EL)是决定玉米单穗产量的两个关键性状，但现有研究大多基于极端突变体，其表型过于剧烈难以直接应用于育种实践。尽管已有KRN1、KRN2等少量QTL被克隆，但绝大多数产量相关QTL尚未被有效开发利用。更为棘手的是，这些性状受多基因控制且易受环境影响，传统育种方法效率低下。

中国农业大学农业生物技术国家重点实验室的研究团队在《BMC Genomics》发表的最新研究中，采用创新性的多组学整合策略破解这一难题。研究人员选用具有显著表型差异的中美自交系PHBA6（平均KRN 19.5行，EL 15.4 cm）和Chang7-2（KRN 16.6行，EL 12.4 cm）构建436个DH系群体，通过多环境表型分析（三亚、北京、保定4个环境）结合高密度连锁图谱（26,917个SNP标记），系统解析了KRN和EL的遗传架构。

关键技术方法包括：1) 基于CAU3诱导系的双单倍体群体构建；2) 多环境表型数据的BLUP分析；3) 复合区间定位法(CIM)进行QTL检测；4) 整合已发表GWAS信号和幼穗转录组数据筛选候选基因；5) 深度测序(40×)分析亲本间序列变异；6) 开发分子标记将qEL3.1导入郑单958亲本进行田间验证。

主要研究结果
表型变异分析：DH群体表现出丰富的表型变异，KRN在10.0-23.3行间波动，EL变幅达6.4-19.4 cm。Broad-sense遗传力H²分别为0.81(KRN)和0.74(EL)，显示强遗传调控。

QTL定位突破：

• 鉴定出6个KRN相关QTL和3个EL相关QTL，其中qKRN1.1、qKRN8.1和qKRN10.1为全新位点
• qKRN4.2（表型贡献率7.75-12.43%）和qKRN5.1（4.93-10.65%）在全部5个环境中稳定检测到
• qEL3.1在4个环境中均显著，表型解释率4.25-6.02%

候选基因挖掘：

• 通过GWAS信号整合与表达谱分析，发现Zm00001d031913（WAT1相关蛋白）在穗分生组织高表达，其启动子区存在245 bp缺失SV
• Zm00001d026621（WD40蛋白）与已知KRN调控基因KRN2同源，编码区含4个氨基酸替换
• 亲本比较发现这些基因存在启动子缺失、氨基酸缺失/替换等结构性变异

育种应用验证：
将qEL3.1-PHBA6基因型导入郑单958后，改良杂交种较对照表现出：

• 穗长增加0.67 cm（提升3.8%）
• 穗位高降低9.9 cm
• 单穗粒重增加5.52 g

结论与展望
该研究通过多学科交叉策略，不仅完善了玉米产量性状的遗传调控网络，更实现了从基础研究到育种应用的跨越。特别值得注意的是：

1. 发现的3个新QTL拓展了现有认知，其中WD40蛋白基因的变异模式为解释KRN自然变异提供了新视角；
2. qEL3.1的"一因多效"特性（同时增加EL和降低EH）为高密度种植提供了理想株型模板；
3. 建立的候选基因预测流程（QTL-GWAS-转录组-序列变异四步法）为其他复杂性状研究提供了范式。

这项研究标志着玉米分子育种进入"精准调控"新阶段，其中Zm00001d026621等候选基因的进一步功能验证，有望催生新一代高产育种技术。正如作者指出，这种将DH群体、多组学分析和分子设计育种相结合的策略，对于实现作物遗传改良的"定向进化"具有普适性意义。