玉米株高和穗高性状的全基因组关联分析揭示干旱胁迫下的遗传调控机制

本研究通过全基因组关联分析(GWAS)对200份玉米自交系在4个地点、两种水分条件下进行表型分析，鉴定出70个与株高(PH)和28个与穗高(EH)相关的SNP位点，发现13个稳定SNP和71个候选基因（如Zm00001d047994编码ITPK1），揭示了干旱胁迫下玉米株型调控的分子机制，为耐旱高产育种提供分子标记和基因资源。

　　

玉米作为全球三大主粮之一，其株高(PH)和穗高(EH)直接影响机械化收割效率和产量稳定性。然而，干旱胁迫会导致株高显著降低，传统育种缺乏对相关遗传机制的深入认知。山西有机旱作农业研究院的研究团队在《BMC Genomics》发表论文，通过多环境表型分析和GWAS技术，系统解析了干旱条件下玉米株型性状的遗传基础。

研究采用200份玉米自交系群体，在4个地理环境（榆林、银川、张掖、太原）进行两年田间试验，设置正常灌溉(WW)和水分胁迫(WS)两种处理。利用Maize 6H60K芯片获取42,504个高质量SNP，结合FarmCPU模型进行关联分析。通过表型变异解释率(PVE)评估和单倍型分析，筛选出13个稳定SNP位点，其中Affx-291391226和Affx-291401269同时调控PH和EH。

主要结果

1. 表型特征：干旱使PH和EH平均降低9.29%和9.39%，遗传力(H²)达92-95%，证实性状受强遗传控制。

2. GWAS定位：

   • 鉴定70个PH相关SNP（49个干旱特异位点）和28个EH相关SNP（17个干旱特异位点）

   • 关键位点Affx-291442780（PVE=9.22%）位于9号染色体，邻近已知QTL区间

3. 候选基因：

   • 乙烯响应因子Zm00001d010175可能通过抑制赤霉素合成基因限制节间伸长

   • 肌醇四磷酸激酶ITPK1(Zm00001d047994)参与磷酸盐稳态调控

   • S-酰基转移酶Zm00001d017550通过油菜素内酯(BR)信号通路影响株高

讨论与意义

该研究首次系统揭示干旱条件下玉米株高变异的分子机制，发现乙烯和BR信号通路的关键调控节点。位于4号染色体的Affx-291391226被证实与多个QTL区间重叠，其候选基因Zm00001d051424编码的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶可能介导干旱应激响应。研究成果为分子标记辅助育种提供靶点，尤其对选育适宜旱作区的矮秆耐密品种具有实践价值。