中国南方玉米自交系Ye107百粒重关键候选基因的鉴定及其在高产育种中的应用价值

本研究针对玉米产量关键性状百粒重(HGW)的遗传基础解析难题，通过构建多亲本群体(MPP)整合全基因组关联分析(GWAS)和数量性状位点(QTL)定位技术，在南方骨干自交系Ye107中鉴定出5个调控HGW的关键候选基因，其中Zm00001eb378820(GRFTF13)通过转录调控网络显著影响籽粒发育。研究首次在温带-热带杂交群体中发现稳定QTL位点，为突破玉米高产育种瓶颈提供了新靶点。

　　

玉米作为全球最重要的粮食作物之一，其产量提升对保障粮食安全至关重要。然而，随着耕地减少和气候变化加剧，如何在有限土地上提高玉米单产成为重大挑战。百粒重(HGW)作为玉米产量的核心构成性状，具有较高的遗传力，是遗传改良的理想靶点。但现有研究多集中于温带种质，对热带-温带杂交群体的遗传解析不足，且已发现的QTL解释率有限，导致育种应用遇到瓶颈。

为突破这一限制，云南省农业科学院粮食作物研究所Xiaoli Hong领衔的研究团队创新性地采用多亲本群体设计，以骨干自交系Ye107为共同母本，与D39(热带种质)、R-2-1-1和YML1218(温带种质)杂交构建包含482个F₇重组自交系(RIL)的群体。通过三年田间试验获取表型数据，结合全基因组测序(WGS)和生物信息学分析，在《Plant Cell Reports》发表了这项系统性研究。

关键技术方法包括：1) 构建包含三个亚群(pop1-pop3)的MPP群体；2) 基于Illumina NovaSeq平台进行全基因组重测序(6.3M SNPs)；3) 采用FarmCPU模型进行GWAS分析；4) 使用JoinMap 4.0构建遗传图谱并进行QTL定位；5) 通过qRT-PCR验证候选基因表达模式；6) 应用基因组预测(GEBV)评估育种价值。

主要研究结果

表型变异分析揭示稳定遗传基础

在三亚群中检测到HGW显著变异(23.45-44.81g)，广义遗传力达84.87%-91.59%。pop3(YML1218×Ye107)群体表现最优，其BLUP值显著高于其他群体(p<0.01)，为后续基因挖掘奠定基础。

GWAS定位关键SNP位点

在9号染色体发现稳定SNP 9-27,712,538，跨环境解释5.60%-8.86%表型变异。该位点与编码生长调节因子GRFTF13的Zm00001eb378820基因相距14.4kb，单倍型分析显示Hap1携带系HGW显著提高2.3g(p<0.05)。

QTL定位发现共定位区间

共鉴定17个QTL，其中9号染色体qHGW9-3(23.96-47.65Mb)与GWAS信号重叠。该区间包含调控线粒体RNA剪接的PPR蛋白基因Zm00001eb388530，暗示籽粒发育的跨细胞器调控机制。

候选基因功能验证

qRT-PCR显示GRFTF13在籽粒灌浆期表达量比低HGW亲本YML1218高3.2倍(p<0.001)。序列分析发现YML1218在313位氨基酸存在D→E错义突变，可能影响蛋白功能。

讨论与意义

该研究首次在温带-热带杂交背景下鉴定出GRFTF13作为HGW核心调控因子，其通过植物激素通路影响籽粒细胞增殖的假说为产量形成机制提供新见解。提出的单倍型育种策略可直接应用于Ye107衍生品种改良，如优良杂交种云瑞519等。基因组预测显示pop3群体GEBV值最高，为后续聚合育种指明方向。

这项研究创新点在于：1) 采用MPP设计克服传统关联分析的局限性；2) 发现GRF家族成员在玉米籽粒发育中的新功能；3) 建立从基因挖掘到育种应用的完整技术链条。研究成果为玉米高产分子设计育种提供了理论依据和基因资源，对保障粮食安全具有重要战略意义。