在玉米全基因組水平上解析玉米籽粒淀粉含量的遺傳基礎

　　近期，中國農業大學國家玉米改良中心楊小紅團隊在國際學術期刊Plant Biotechnology Journal上在線發表了題為“Genetic basis of kernel starch content decoded in a maize multi-parent population”的研究論文。本研究通過連鎖分析、關聯分析、代謝途徑驅動分析等方法在玉米全基因組水平上全面解析了玉米籽粒淀粉含量的遺傳基礎，為玉米產量和品質的遺傳改良提供理論依據。

　　玉米為全球最重要的農作物之一，用途廣泛，是重要的糧食、飼料以及能源作物。淀粉為玉米籽粒的主要組分，約占籽粒干重的70%，不僅是影響籽粒產量的重要因素，還是食品生產和工業加工如造紙業、醫藥行業、生物燃料等領域提供原料。因此，解析玉米籽粒淀粉含量的遺傳基礎，對高產優質玉米新品種的培育意義重大。

　　本研究以6個重組自交系群體為材料，利用單個群體的QTL定位、整合群體的聯合連鎖分析和基于RIL群體的全基因組關聯分析等方法對淀粉含量進行遺傳解析，共鑒定到50個控制淀粉含量的QTL和9對上位性QTL（圖1），QTL效應分析表明少數大效應加性QTL、大量微效加性QTL和少數微效上位性QTL是籽粒淀粉表型變異的遺傳基礎。通過QTL區間關聯分析和代謝途徑相關基因的共定位分析共鑒定到33個候選基因，其中27個基因為非淀粉代謝途徑基因，表明許多非淀粉代謝途徑基因的自然變異可能對玉米籽粒淀粉含量的合成和積累起著重要作用。

　　圖1 玉米籽粒淀粉含量的遺傳結構小結

　　通過代謝途徑相關基因的共定位分析發現ZmTPS9為玉米籽粒淀粉含量QTL—qSTA4–2的候選基因之一。該基因編碼海藻糖代謝途徑中的海藻糖-6-磷酸合成酶，主要在籽粒和胚乳中表達，隨著籽粒灌漿過程其表達量逐漸升高。突變體分析發現，ZmTPS9中的海藻糖-6-磷酸磷酸酯酶功能喪失之后，玉米籽粒淀粉含量和百粒重均顯著增加（圖2），表明ZmTPS9在玉米產量和品質的遺傳改良中具有潛在的應用價值。

　　該研究為高產優質新品種的培育提供了潛在的育種材料和基因資源，對玉米高產和淀粉品質的遺傳改良具有重要意義。

　　圖2 ZmTPS9影響籽粒淀粉含量和百粒重

　　中國農業大學國家玉米改良中心博士生胡書婷和王敏為該論文共同第一作者，楊小紅教授為通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃（2016YFD0100503）、國家自然科學基金創新群體科學基金（31421005）和優秀青年基金（31722039）、北京高校卓越青年科學家計劃（BJJWZYJH01201910019026）等項目資助。