高粱磷效率的遗传结构涉及在土壤低磷有效度条件下根系形态和籽粒产量的多效性QTLgydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

磷(P)在粘土中铝(Al)和铁(Fe)氧化物上的固定限制了在高度风化的热带土壤上种植的作物对磷的有效性，这在发展中国家很常见。因此，缺磷成为全球粮食安全的主要障碍。在热带低磷土壤上，利用多性状定量性状位点(QTL)定位研究了磷效率的遗传结构，并探讨了根系性状对高粱籽粒产量的重要性。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

磷吸收效率是磷效率中最重要的组成部分，在低磷有效度条件下，这两个性状与产量高度相关。根表面积与籽粒产量呈正相关。在单性状图谱检测到的所有有利等位基因中，几内亚亲本SC283贡献了58%。多性状定位检测到14个籽粒产量和/或根系形态qtl。在3号染色体的1 ~ 7 Mb和71 Mb位置分别检测到细根表面积(直径1 ~ 2 mm)和籽粒产量的紧密连锁或多效性QTL，在7号染色体的7 Mb处检测到一个根直径/籽粒产量QTL。这些qtl均位于水稻丝氨酸/苏氨酸激酶的高粱同源位点附近，gydF4y2BaOsPSTOL1gydF4y2Ba．的gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba染色体3上的基因，gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba7mb及gydF4y2BaSb03g031690gydF4y2Ba在60 Mb时在SC283中高表达，提供了附近所有qtl的有利等位基因gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因。铝耐受基因，gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba，也可能影响3号染色体上的一个籽粒产量QTL。另一个gydF4y2BaPSTOL1gydF4y2Ba例如基因gydF4y2Ba, Sb07g02840gydF4y2Ba通过根直径的微小增加似乎可以提高籽粒产量。共定位分析表明了其他基因的作用，如高粱同源的gydF4y2Ba拟南芥泛素结合E2酶gydF4y2Ba，gydF4y2Ba磷酸2gydF4y2Ba（gydF4y2BaPHO2gydF4y2Ba)对由优良亲本BR007等位基因授予的籽粒产量优势的影响。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

遗传决定因素赋予更高的根表面积和细根直径的轻微增加可能有利于磷的吸收，从而在土壤中低磷有效性的情况下提高粮食产量。分子标记的gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因和QTL通过非根系形态机制增加籽粒产量，为开发适应低磷土壤的高粱品种的育种策略提供了希望。gydF4y2Ba

高粱是一种多用途作物，在非洲大陆东北象限的热带地区被驯化，可能至少在5000年前。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba］．与珍珠粟一样，高粱是西非大草原地区的主要主食作物。在该地区，几内亚高粱能广泛适应不同的压力，包括由土壤肥力差引起的压力[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］．在撒哈拉以南非洲，限制高粱生产的两个最重要的非生物胁迫是铝毒性和土壤中磷有效度低[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

这两种类型的非生物应力有一个共同的化学基础，其核心是在高度风化的热带土壤的粘土部分中普遍存在铝和铁氧化物[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba］．在较低的pH值下，Al被水解成离子形式AlgydF4y2Ba^{3 +gydF4y2Ba}，损害植物根系，降低作物产量[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba］．而低磷有效性又源于铝和铁氧化物对磷的固定[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］．植物根系以磷酸盐形式从土壤溶液中吸收磷gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba阿宝gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba^−gydF4y2Ba和HPOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba^{2−gydF4y2Ba}［gydF4y2Ba9gydF4y2Ba］．然而，土壤中磷的固定阻碍了磷从土壤溶液向根表面的扩散，限制了磷的吸收。世界上大约一半的农业土地具有低磷有效度[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba］．即使在高投入生产系统中，磷肥的不可再生性[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]提出了持续增加磷肥施用量的可持续性问题，这是维持作物产量所必需的。因此，鉴于粮食生产需要持续改善的农业前沿地区(如非洲)普遍存在低磷土壤，识别可用于促进高粱适应低磷条件的遗传因素对全球粮食安全至关重要。gydF4y2Ba

高粱对铝的耐受性是由于铝诱导和铝激活的根部柠檬酸转运蛋白的作用，gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba，这是铝公差轨迹的基础，gydF4y2BaAltgydF4y2Ba_{某人gydF4y2Ba}，在高粱第3染色体末端区域[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba］．最近,gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba由几内亚高粱提供的等位基因SC283已被证明能使高粱产量提高1.0吨公顷以上gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}在酸性、铝毒性土壤上，在没有铝毒性的情况下，没有可检测到的产量损失[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba］．雷瑟等人[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba),用gydF4y2BaAltgydF4y2Ba_{某人gydF4y2Ba}-特异性标记，也发现与gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba特别是在西非许多环境中的低磷条件下。这表明,gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba除了铝耐受性外，还可提高磷利用效率(PUE)，可能是通过固定在土壤粘土上的柠檬酸调动磷的联合作用[gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]，并通过增强耐铝基因型的根系发育，增加磷的吸收[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

植物在低磷有效性条件下生长并生产合理水平的粮食和生物量的能力，我们在这里将其称为磷利用效率(PUE，或简称磷效率)，可通过优化内部磷利用或提高磷获取的不同机制来实现[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］．从作物生理学的角度来看，这些机制可能源于磷转运体的调节、有机酸的分泌、磷酸酶的分泌、菌根的结合和根系结构在低磷条件下的改变等机制(经López-Arredondo等人综述)。gydF4y2Ba17gydF4y2Ba])。据报道，对于在热带低磷土壤上种植的玉米，磷的获取比磷的内部利用更能解释磷利用效率的差异[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]， QTL作图结果也证实了这一点[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba］．这些研究强调根系结构和形态变化作为磷获取机制的重要性(Magalhaes等人综述过)。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba])。这些修饰可能包括侧根生长和角度的改变，浅根的存在，以及根毛增殖增强[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

最近有大量证据表明，调节根系形态的基因可能导致磷效率的提高。水稻丝氨酸/苏氨酸受体样激酶的过表达，gydF4y2Ba磷饥饿tolerance1gydF4y2Ba（gydF4y2BaOsPSTOL1gydF4y2Ba, (gydF4y2Ba21gydF4y2Ba)已被证明可以提高在低磷土壤上种植的水稻的产量gydF4y2BaOsPSTOL1gydF4y2Ba-诱导增强早期根系生长，有利于生长中的水稻植株对磷的吸收。随后，关联映射建立了在同源的等位变异gydF4y2BaOsPSTOL1gydF4y2Ba在高粱中，被指定为gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因与在低磷土壤上提高粮食产量有关，可能通过改变根系形态，特别是根直径和根表面积[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］．此外，最近在拟南芥中的研究表明，与铝耐受性相关的基因(如苹果酸转运蛋白)在磷效率中发挥作用gydF4y2Ba, ALMT1gydF4y2Ba［gydF4y2Ba23gydF4y2Ba及其调节因子CgydF4y2Ba_2gydF4y2BaHgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba型锌指，对质子根毒性1 (AtSTOP1 [gydF4y2Ba24gydF4y2Ba])，除了类abc运输机，铝敏感3 (gydF4y2BaALS3gydF4y2Ba［gydF4y2Ba25gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26gydF4y2Ba])。这些基因似乎介导了一种铁依赖机制，从而促进侧根生长[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba28gydF4y2Ba，gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba]，这可能会增加酸性土壤对磷的吸收[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

利用基于多性状QTL定位的遗传方法，研究了高粱重组自交系中磷效率的遗传结构，并建立了磷效率的遗传与生理之间的联系，如根系形态、磷含量与低效磷土壤高粱产量之间的关系。gydF4y2Ba

亲本和RIL群体的表型分析gydF4y2Ba

在土壤中磷有效度低的情况下，对育种环境中磷效率最重要的性状——田间粮食产量进行了评估。我们还估计了植物从土壤中获取磷的效率(P获取效率，PAE)和内部利用效率(PUTIL)对总磷利用效率(PUE或简称P效率，包括PAE和PUTIL)的相对贡献[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba32gydF4y2Ba］．表格gydF4y2Ba1gydF4y2Ba结果表明，PAE是影响土壤低磷有效度条件下高粱PUE的最重要成分。PUE的采集效率占变异性的82%，而PUTIL组件的贡献相对较小(18%)。因此，我们还对水培中的根系形态进行了评估，因为根系形态的变化，包括根系长度的增加，可以在低磷有效性土壤中提高磷的吸收和粮食产量。为了深入了解高粱在水培中的表现，我们还评估了干物质积累(DM)和茎根磷含量。gydF4y2Ba

我们观察到在本研究中评估的所有性状存在显著的遗传变异，遗传力估计从0.3(根直径- RD)到0.8(株高- PH，附加文件)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．在营养液(DM和P含量)和田间(籽粒产量- Gy)测定的低磷培养基上生长的反映高粱性能的性状的遗传力估计在0.4到~ 0.8之间，表明检测与磷效率相关的高粱基因组区域的实验精度合理。重组自交系(RIL)群体的籽粒产量有明显的越进分离，最高可达4.5吨/公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}超过任一亲本两倍以上的粮食产量(附加文件gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，强调在土壤中磷有效度低的情况下种植的高粱的磷效率是相当复杂的多基因性质。gydF4y2Ba

我们测量了高粱根系的根表面积(SA)，以及0-1、1-2和2-4.5 mm直径等级(以下分别称为极细根、细根和粗根)内根系的根表面积。与SC283相比，BR007倾向于表现出更大的根表面积和更细的根。gydF4y2Ba1gydF4y2Baa-d)，这是由于在BR007中0-1毫米直径级别的根普遍存在(图7)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bae - labeled SA1)。这些非常细的根构成了双亲的大部分根系，但在BR007中更普遍(80%)，而在SC283中(73%)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bae).然而，当测量不同根直径等级时，亲本之间的根表面积是不均匀的，SC283的细根(SA2)和粗根(SA3)的根表面积都更高(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Baf-g)与BR007相比。然而，在SC283根系中，细根(~ 17%)仍远比粗根(~ 1%)普遍。最后，反映磷效率的最重要性状，即土壤中低效磷条件下的粮食产量，与BR007相比，豚种亲本SC283高出约12%gydF4y2Ba1gydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba1gydF4y2Bah)。gydF4y2Ba

特征关联gydF4y2Ba

PAE和PUE均与籽粒产量高度相关(r = 0.85和0.97;额外的文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)，这与磷获取对磷利用效率的重要性是一致的(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．PUTIL，我们发现与获取效率相比，它是PUE的一个次要组成部分(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，与粮食产量相关性较小(gydF4y2BargydF4y2Ba= 0.4)。gydF4y2Ba

接下来，我们通过遗传相关分析研究了土壤中低磷有效度条件下根系形态性状与籽粒产量之间的关系(图1)。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．总根表面积与根长(相关系数r = 0.98)和极细根表面积(SA1)高度相关(gydF4y2BargydF4y2Ba= 0.99)。此外，细根表面积(SA2)与根体积2 (gydF4y2BargydF4y2Ba= 1.0)。因此，在这些性状中，利用根系表面积来了解在土壤低磷有效度条件下根系形态对粮食产量的影响。根径的减少通常与根表面积的增加有关(gydF4y2BargydF4y2Ba=−0.46)，主要由非常细的根驱动(RD vs. SA1，gydF4y2BargydF4y2Ba=−0.53)，较粗的根(RD vs. SA3，gydF4y2BargydF4y2Ba=−0.23)。这表明存在一些遗传决定因素，通过加强细根的发育来增加根表面积。但相关系数的大小也表明根表面积和根直径在一定程度上是独立控制的。细根表面积与根径呈负相关(RD vs. SA2，gydF4y2BargydF4y2Ba= 0.1)，表明根直径在1到2毫米之间的轻微增加可能会导致表面积的增加。土壤低效磷条件下的籽粒产量与反映细根表面积的不同性状显著相关(gydF4y2BargydF4y2Ba≅gydF4y2Ba0.1,gydF4y2BapgydF4y2Ba-value < 0.05)，尽管这种关联在直径2 ~ 4.5 mm的较粗根系(SA3，gydF4y2BargydF4y2Ba= 0.08,gydF4y2BapgydF4y2Ba值= 0.10)。gydF4y2Ba

低磷胁迫下根系形态和性能性状的QTL定位gydF4y2Ba

我们绘制了与磷效率性状相关的QTL，发现大多数QTL，主要是PAE(10个中的9个)和PUE(10个中的9个)，但也包括PUTIL(尽管在较小程度上)与籽粒产量检测到的QTL一致，但PUTIL的第5染色体上的QTL除外(附加文件)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．这与PAE在PUE上的重要性比PUTIL高得多是一致的(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)和粮食产量与PAE/PUE之间的强相关性(附加文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

虽然籽粒产量是QTL检测中信息最丰富的性状，但5号染色体上的一个PUTIL QTL可能隐藏着磷内部利用变化的基因，1号染色体上的两个QTL可能共同构成PAE和PUTIL。由于PUTIL对PUE的磷获取效率的重要性远远低于PUE，因此我们主要关注通过根系形态变化提高磷获取效率的遗传机制，以及它们在低磷土壤上提高粮食产量中的作用。gydF4y2Ba

我们最初对低磷条件下与根系形态和高粱性能相关的许多不同性状进行了单性状QTL定位gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．该分析共检测到101个qtl，其中59个有利等位基因来自几内亚亲本SC283，而BR007等位基因增加了42个qtl的表型表达。基于性状间的相关性分析和单性状QTL定位结果，我们选择了非冗余和信息含量高的性状子集(即与某些QTL重复相关的性状)进行多性状QTL定位，主要关注最重要的磷效率性状，即土壤低磷有效度下的产量(图5)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．例如，籽粒中磷含量(Pg)与籽粒产量(gydF4y2BargydF4y2Ba= 0.92)，因此我们在多性状QTL定位中只考虑了籽粒产量而不考虑Pg。用于多性状QTL定位的最后一组性状由籽粒产量(Gy)、1-2 mm直径级细根表面积(SA2)和根径(RD)组成。gydF4y2Ba

对于所选性状，通过单性状QTL作图检测到的大部分QTL(图5)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Baa-c)进行多性状QTL定位检测(图5。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bad).除第5、7、9号染色体上的SA2 QTL和第8、10号染色体上的Gy QTL外，未通过多性状QTL定位检测到。多性状映射检测到14个qtl。gydF4y2Ba3.gydF4y2Baa-c为单性状作图结果)，揭示了10个与籽粒产量相关的qtl(图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bad)，其中一个QTL与一个根形态QTL紧密相连(gydF4y2BaGy-3gydF4y2Ba.．.gydF4y2BaSA2-3gydF4y2Ba)和两个可能是多效性的，具有根系形态(gydF4y2BaGy / SA2-3gydF4y2Ba而且gydF4y2BaGy / RD-7gydF4y2Ba)．对于所有这些qtl，有利的等位基因是由SC283提供的gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．相比之下，8个粮食产量特异性qtl中的5个有利等位基因是由BR007提供的。gydF4y2Ba

不同的籽粒产量qtl解释了约1 ~ 5%的遗传变异，增加了约120 kg ha的籽粒产量gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)，除9号染色体末端有一个Gy QTL外(gydF4y2BaGy-9gydF4y2Ba)．该QTL被检测到几个不同的性状(附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，解释了最大比例的遗传变异(~ 26%，附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，籽粒产量增加最多，约400公斤/公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}，与BR007捐赠的有利等位基因。gydF4y2Ba

基于单性状QTL分析，多性状QTL定位检测到的所有籽粒产量QTL均位于低磷条件下水培土壤中磷含量和/或干物质积累的QTL附近(图1)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba额外的文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．的gydF4y2BaRD / SA2-2gydF4y2BaQTL(附加文件gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)，这是唯一一个与籽粒产量无关的根系形态QTL，与根系干物质积累的QTL以及通过单性状分析评估水培中茎和根系磷含量的QTL共存gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．多性状QTL定位为研究根系形态和籽粒产量变化中可能存在的多效QTL提供了见解，这些QTL在之前被证明与这些性状相关的基因背景下，如水稻丝氨酸/苏氨酸激酶的高粱同源基因，gydF4y2BaOsPSTOL1gydF4y2Ba［gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］．的物理位置gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因和gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba，使高粱具有耐铝性[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]，在多性状QTL作图检测到的QTL背景下，如图所示。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．的经济价值gydF4y2BaGy-3gydF4y2Ba而且gydF4y2BaSA2-3gydF4y2Ba的距离，分别为5.38至0.46 MbgydF4y2BaPSTOL1gydF4y2Ba基因gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Baa).在3号染色体的末端，有4个染色体gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因定位在离植株11mb左右gydF4y2BaGy / SA2-3gydF4y2BaQTL和这个QTL只有80 KbgydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Bab)。最后,gydF4y2BaGy / RD-7gydF4y2BaQTL位于距gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba的基因,gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Bac)。gydF4y2Ba

表达谱的gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba在低磷环境下，亲本根系中的基因gydF4y2Ba

多性状QTL定位结果表明，3号和7号染色体上的优势等位基因与籽粒产量和根系形态密切相关或可能多效性，分布在3号和7号染色体附近gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba这些基因都是由SC283提供的。接下来，我们评估这些基因的表达谱gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2BaRIL亲本BR007和SC283在水培低磷条件下的根系基因。gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba，位于染色体3的开始，和gydF4y2BaSb03g031690gydF4y2Ba的一部分gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba第3染色体上约60 Mb的簇[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]，在低磷培养基中，它们在几内亚亲本SC283的根中都有较高的表达。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．相比之下，表达gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2BaBR007根的等位基因含量较高，在gydF4y2BaGy / RD-7gydF4y2BaQTL。gydF4y2Ba

在许多依赖高粱作物进行粮食生产的西非发展中国家，土壤中磷含量低是影响粮食安全的一个主要因素[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］．西非是高粱几内亚种的主要驯化中心[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]，在土壤肥力低的地区，这是一种主要的主食[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］．因此，高粱适应低效磷土壤对粮食安全至关重要[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

我们的QTL定位研究强调了高粱磷效率相关性状的复杂性，双亲提供的有利等位基因比例相当。然而，观察到的来自几内亚种亲本SC283的优质QTL等位基因的轻微过代表可能不是巧合，这反映了几内亚高粱对西非贫瘠土壤肥力和酸性土壤的当地适应性[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

在低磷有效度条件下，根系形态QTL与籽粒产量QTL一致gydF4y2Ba

单子叶作物植物的根系由萌发后产生于种子胚的一个或多个种子根和后来沿茎的节长出的冠根组成[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba］．增加根表面积可以通过增强根的侧枝分枝来实现，可以促进磷的吸收和植物生长[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba］．多性状定位检测到的10个籽粒产量QTL中，有3个与根系形态性状紧密连锁(1个)或可能多效性(2个)。它们是:1)粮食产量QTL，gydF4y2BaGy-3gydF4y2Ba细根表面积QTL，gydF4y2BaSA2-3gydF4y2Ba在第3染色体的起始处，两者相距约6mb;2)多效性的gydF4y2BaGy / SA2-3gydF4y2Ba第3染色体上约71 Mb位置的QTL;和3)gydF4y2BaGy / RD-7gydF4y2Ba第7号染色体上3.6 Mb处的QTL。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bad).因此，我们的多性状QTL定位方法确立了根系形态作为分子育种策略切入点的重要作用，目标是在土壤低磷有效度条件下提高磷吸收和粮食产量。gydF4y2Ba

根系形态的特定变化可能对磷效率很重要gydF4y2Ba

可能由根系表面积变化决定的籽粒产量qtl似乎对直径在1 ~ 2mm (SA2)之间的根更特异，而对直径在0 ~ 1mm (SA1)之间的极细根或较粗的根(2 ~ 4.5 mm, SA3)更特异。通过单性状定位，在第3染色体的起始处发现了一个SA2的QTL，与一个Gy的QTL紧密相连，而在第3染色体末端的粒产比QTL与SA2和SA3的QTL相近。在第3染色体末端也发现了一个总表面积(SA) QTL，但这是由于总表面积与SA1高度相关，在很大程度上代表了所有直径类根的表面积之和。重要的是，通过单性状定位，细根比表面积的qtl共检测到8个，而细根比表面积(与细根比表面积高度相关，r = 0.99)和粗根比表面积的qtl分别仅检测到4个和2个。非常粗的根系预计不会在养分吸收中发挥主要作用，因为根系中大部分细根的植物物种倾向于优化可用于吸收的根表面积和根重之间的比例，反映出根系生物量形成的碳成本降低[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

人们普遍认为，根系越细，根系就能更好地从土壤中获取扩散受限的养分，就像热带土壤中的磷酸盐阴离子。然而，尽管细根是吸收的关键因素，特别是对磷等热带土壤中流动性极低的营养物质而言，有趣的是，我们的QTL数据表明，根系直径减小和磷吸收增强之间存在权衡。这可以预期为根系直径的减少，超过给定的阈值可能会限制根系穿透土壤[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba可能导致根的寿命缩短[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

SbPSTOL1gydF4y2Ba这些基因可能是影响根系形态和籽粒产量的qtl的基础gydF4y2Ba

3个与籽粒产量紧密连锁或多效性的根系形态QTL都位于水稻丝氨酸/苏氨酸激酶的高粱同源体附近。gydF4y2BaOsPSTOL1gydF4y2Ba，以前发现在低磷有效性条件下，它能促进水稻的早期根系生长和籽粒产量[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

基于多性状映射，两个qtl在籽粒产量和根表面积的基础上，gydF4y2BaGy-3gydF4y2Ba而且gydF4y2BaSA2-3gydF4y2Ba分别在第3染色体1.6和7.4 Mb处发现。这些qtl仅相距约6mb，物理上非常接近gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba的基因,gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba，在7mb位置。一个可能的多效性QTL，同时作用于SA2和Gy (gydF4y2BaGy / SA2-3gydF4y2Ba)，从约11 Mb的gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba簇位于染色体3上约60 Mb的位置。有利等位基因均位于SA2和Gy qtl附近gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba在可能的情况下gydF4y2BaGy / SA2-3gydF4y2Ba位于71 Mb位置的多效性QTL来自几内亚亲本SC283。尽管与SC283相比，BR007倾向于表现出更大的根表面积，这是由于BR007中非常细的根的普遍存在，直径在0到1毫米之间(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．与BR007相比，SC283为邻近的Gy和SA2 qtl贡献了阳性等位基因gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因中直径在1 - 2mm之间的细根所占比例约为2倍，其表面积可导致3号染色体上的两个SA2 QTL。最后,两个gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba而且gydF4y2BaSb03g031690gydF4y2Ba的一部分gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba与BR007相比，在低磷生长条件下，SC283的根中表达明显高于BR007，这与SC283的捐赠相一致gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba在各自的3号染色体QTL上增加细根表面积的等位基因。gydF4y2Ba

此前，单核苷酸多态性(SNP)基因座在gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba，而在gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba在低磷胁迫下，约60 Mb基因簇中存在的基因与高粱根表面积的变化和高粱的生产性能有关[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］．这表明，3号染色体上的籽粒产量QTL，至少部分是由增强的表面积所赋予的gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因。然而，主要的铝耐受基因，gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba，位于同一染色体的71 Mb位置，因此更接近多效性gydF4y2BaGy / SA2-3gydF4y2Ba该区域的QTL(图;gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba已被证明在低磷条件下有助于粮食产量，可能是通过以柠檬酸为基础的增强与土壤粘土结合的磷的动员[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]，或简单地说，这是底层土壤中铝毒性作用下根系生长增强的间接效应[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba］．因此，我们不能排除这种可能性gydF4y2BaSbMATEgydF4y2Ba是产生高粱3号染色体末端产量QTL的部分产量优势的原因。gydF4y2Ba

我们之前报道过等位基因变异在gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba的基因,gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba，影响根直径、生物量积累和磷吸收，但使用高粱关联面板未发现与籽粒产量的关联[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］．在距离Gy和RD约0.6 Mb处发现了一个多效性QTLgydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba和这个有利的等位基因gydF4y2BaGy / RD-7gydF4y2BaQTL由SC283提供。有趣的是，与BR007相比，SC283的根直径总体上更大，这与SC283的有利等位基因起源一致gydF4y2BaGy / RD-7gydF4y2BaQTL。基于共定位qtl的效应，在低磷条件下，大麦的根直径越大，籽粒产量越高[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]，这与我们的结果一致gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba．据报道，顶端分生组织的大小(通过顶端直径反映)与伸长率、生长持续时间和向地性等重要特征之间存在正相关[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]，这可能会提高低磷条件下的性能。因此，根直径的轻微增加可能是由gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba导致仍然完好的分支的表面积增加，在没有大量碳成本的情况下产生更健壮的根。因此，在土壤磷有效度低的情况下，这些根系将更有效地优化土壤中的磷开采，从而提高磷的吸收和粮食产量。不像gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba3号染色体上的基因，根gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2BaSC283表达较BR007低。这可能表明等位基因特异性抑制因子的作用gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba在根径上，SC283等位基因表达量较低gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba，导致根直径略有增加。gydF4y2Ba

高粱和玉米的同位性分析支持了gydF4y2BaPSTOL1gydF4y2Ba并揭示了其他可能参与磷效率的基因gydF4y2Ba

我们将高粱多性状QTL定位检测到的籽粒产量QTL与密切相关的玉米根系形态和磷效率相关QTL的位置进行了比较。在附加文件中显示的摘要gydF4y2Ba6gydF4y2Ba主要基于一项QTL图谱研究，该研究包括我们高粱RIL种群中使用的相同性状[gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]，并对玉米低磷耐受相关QTL进行了综合荟萃分析，确定了23个共识QTL (gydF4y2BacQTLgydF4y2Ba, (gydF4y2Ba42gydF4y2Ba])。gydF4y2Ba

玉米根系形态qtl，gydF4y2BaqMulti3.04gydF4y2Ba，gydF4y2BaqRL8.05gydF4y2Ba而且gydF4y2BaqRD4.05gydF4y2Ba的玉米同源物gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba，gydF4y2BaSb03g031690gydF4y2Ba,gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba分别为(gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba3和7号染色体上靠近籽粒和根形态qtl的基因，图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，在玉米和高粱同质的地区gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)．与我们的发现一致gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba影响根直径,gydF4y2BaqRD4.05gydF4y2Ba也与玉米根直径的变化有关。四个同系物gydF4y2BaOsPSTOL1gydF4y2Ba在玉米中发现gydF4y2BacQTL3-1gydF4y2BaAt bin 3.04 [gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]，与gydF4y2BaqMulti3.04gydF4y2Ba［gydF4y2Ba41gydF4y2Ba与多种根系形态特征相关。在这个地区，玉米gydF4y2BaPSTOL1gydF4y2Ba例如基因,gydF4y2BaGRMZM2G412760gydF4y2Ba，是密切相关的gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba．结合水稻中功能性PSTOL1蛋白的存在(gydF4y2BaOsPSTOL1gydF4y2Ba, (gydF4y2Ba21gydF4y2Ba])，这表明PSTOL1调节根系形态的功能相当古老，早于玉米、高粱和水稻之间的分化。gydF4y2Ba

该分析还提示了籽粒产量QTL可能的功能，显然与高粱根系形态无关。在此之前，我们在高粱9号染色体末端区域检测到一个与株高和开花时间有关的主要QTL [gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]，这与本研究中发现的多重性状的QTL相一致。泛素结合酶UBC24，由gydF4y2Baphosphate2gydF4y2Ba（gydF4y2BaPHO2gydF4y2Ba)，是磷稳态和植物对磷缺乏反应的主要参与者[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]，最近与玉米对低磷的耐受性有关[gydF4y2Ba45gydF4y2Ba］．我们发现了一个非常相似的gydF4y2BaPHO2gydF4y2Ba在高粱9号染色体的~ 57 Mb位置同源，与多个与根系形态和许多其他性状(包括籽粒产量)相关的qtl紧密重叠gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．gydF4y2BaGRMZM2G381709gydF4y2Ba的玉米同源物gydF4y2BaPHO2gydF4y2Ba，也位于玉米基因组的同线位置，靠近一个cQTL (gydF4y2BacQTL6-2gydF4y2Ba)对元分析定义的玉米的低磷耐受性(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

高粱生长素转运蛋白的同源物PIN1和PIN6在高粱4号染色体上的约58 Mb的籽粒产量QTL附近被发现。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．玉米中一个相关的PIN蛋白在另一个玉米耐低磷条件的QTL附近被发现，gydF4y2BacQTL5-5gydF4y2Ba(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba销gydF4y2Ba编码生长素转运蛋白的基因与小麦低磷环境下侧根的根结构变化有关[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]，可能对高粱和玉米的磷效率有显著作用。在高粱耐铝基因的同源基因6号染色体上，gydF4y2BaALMT1gydF4y2Ba，该基因编码一种根系苹果酸外排转运蛋白，最近有报道称，该基因可调节根系生长以应对低磷[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]，在约44 Mb位置发现，因此接近42.5 Mb位置的籽粒产量QTL(图5)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba和额外的文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．在玉米中，共识QTL，gydF4y2BacQTL10-1gydF4y2Ba［gydF4y2Ba42gydF4y2Ba的玉米同系物附近也有gydF4y2BaALMT1gydF4y2Ba，暗示某人的角色gydF4y2BaALMT1gydF4y2Ba对玉米和高粱磷效率的影响。与SbMATE一样，通过ALMT1释放的根系苹果酸盐也有可能参与溶解固定在土壤中铁和铝氧化物矿物表面的P，使它们可被根系吸收。gydF4y2Ba

在土壤磷有效度低的条件下，高粱的磷吸收效率是磷效率的主要组成部分，籽粒产量与这两个性状高度相关。虽然我们的研究结果强调根系形态是利用分子方法开发高效磷高粱品种的主要目标，但其他不同的机制也可能通过增强磷的获取对高粱在低磷土壤上的表现发挥重要作用。这些机制的分子决定因素，还有gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因，应该推动新的，基于基因的分子育种策略，以加强热带地区的粮食安全低磷可用性。gydF4y2Ba

遗传物质gydF4y2Ba

由396个重组自交系(RILs, FgydF4y2Ba_{10:11gydF4y2Ba})，由高粱系BR007和SC283的杂交衍生而来，是通过单粒下降发展而成的[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba(Sete Lagoas - MG，巴西)。BR007(红枣型)和SC283(高粱转化几内亚)都是1972年从普渡育种计划(美国西拉菲特)引进到Embrapa育种计划的。BR007对铝敏感，而SC283对铝毒性高度耐受[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba］．以往的研究表明，虽然SC283在低磷有效度土壤中比BR007具有更高的粮食产量，但在充足的磷供应下，BR007的粮食增产又高于SC283 [gydF4y2Ba48gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

田间条件下低磷的表型分析gydF4y2Ba

2012-2013年夏季，在巴西米纳斯吉拉斯州塞特拉各斯的Embrapa玉米和高粱试验站进行了四次田间试验。实验场地为热带粘土和强风化土壤，自然条件下肥力低，pH值低，铝毒性和磷含量低。土壤磷(Mehlich 1)在0 - 20 cm土壤深度范围内为1 - 6ppm，在20 - 40 cm土壤表层下为1 - 4ppm。土壤有效磷最低和最高含量分别为5.88 kg hagydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}19.79 kg hagydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

每个实验采用12 × 10 α格设计，3个完全重复，每个重复10个不完全块。每个小区包含12个小区，其中分配10个RILs(常规处理)和2个亲本(共同检查)。每个地块的行距为3米，行距为0.45米，种植8株植物gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}．施肥量为150公斤公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}播种时为20 -20(氮磷钾)，200公斤公顷gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}播种后30天施尿素。gydF4y2Ba

粮食产量(Gy, kg hagydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})、开花时间(FT，天)、株高(PH, cm)、植株(叶和茎)中磷含量- Pp, kg hagydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}籽粒磷含量(Pg, kg ha)gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})进行评估。对于磷的测量，在每个小区收集植物组织和谷物样本，称重，然后在65°C恒重干燥。干燥的植物组织和谷物然后称重，研磨和均质。用电感耦合氩等离子体发射光谱法测定20克亚样品中磷的浓度和总磷含量(Pt)。gydF4y2Ba

根据Moll等人提出的方法计算磷效率指标。[gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]，其中:1)磷利用效率(PUE)等于磷获取效率(PAE)与磷内部利用效率(PUTIL)的乘积;2) PAE是土壤全磷含量(Pt = Pp，植株中磷含量+ Pg，籽粒中磷含量)除以土壤有效磷含量;3) PUTIL = Gy / Pt。gydF4y2Ba

低磷条件下根系表型分析gydF4y2Ba

根据de Sousa等人的描述，在营养液中评估根系形态性状。[gydF4y2Ba49gydF4y2Ba和Hufnagel等人。[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]，采用三次重复的随机区组设计。种子用次氯酸钠(5%)表面消毒，用蒸馏水清洗，放置在湿润的纸卷中。4天后，均匀的幼苗转移到湿润的吸墨纸上，并按Hund等人的描述放入纸袋(24 × 33 × 0.02 cm)中。[gydF4y2Ba50gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

每个实验单元包括一个育袋，每个育袋有三株植物，育袋底部(3厘米)浸没在装满5l营养液的容器中(见[gydF4y2Ba51gydF4y2BapH为5.65,P浓度为2.5 μM。容器放置在生长室中，昼夜温度分别为27°C和20°C，光周期为12小时，连续通风13天。gydF4y2Ba

13天后，使用数码相机尼康D300S单反拍摄根图像。然后使用RootReader2D (gydF4y2Bahttp://www.plantmineralnutrition.net/software/rootreader2d/gydF4y2Ba)和WinRhizo (gydF4y2Bahttp://www.regent.qc.ca/gydF4y2Ba)软件。测定了以下性状:根长(RL - cm);根径(RD - mm);总根表面积(SA - cmgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba）;直径在0到1毫米之间的细根的表面积gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba）;直径在1至2毫米之间的细根表面积(SA2 - cm)gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba）;粗根的表面积直径在2 - 4.5毫米之间(SA3 - cm)gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba）;根体积(RV - cmgydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba)和直径1至2毫米(V2 - cm)的细根的体积gydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba)．测定了茎干物质(SDM)和根干物质(RDM)、茎中磷含量(Ps)和根中磷含量(Pr)(单位为克)。gydF4y2Ba

表型分析gydF4y2Ba

采用混合模型对田间试验和水培试验评价的性状进行分析。现场试验采用如下模型:gydF4y2Ba

ygydF4y2Ba_{ijklgydF4y2Ba}个体的表型值gydF4y2Ba我gydF4y2Ba在块gydF4y2BalgydF4y2Ba的gydF4y2BakgydF4y2Ba^thgydF4y2Ba在实验中重复gydF4y2BajgydF4y2Ba；gydF4y2BaμgydF4y2Ba为总体均值;而且gydF4y2BaGgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是个体的遗传效应吗gydF4y2Ba我gydF4y2Ba，可定义为:gydF4y2Ba

ggydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是RIL的随机效应吗gydF4y2Ba我gydF4y2Ba，gydF4y2BangydF4y2Ba_ggydF4y2Ba为rl的总数;gydF4y2BatgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是支票的固定效果吗gydF4y2Ba我gydF4y2Ba；而且gydF4y2BangydF4y2Ba_cgydF4y2Ba是检查的总数;gydF4y2BaEgydF4y2Ba_jgydF4y2Ba是固定的效果吗gydF4y2BajgydF4y2Ba^thgydF4y2Ba实验(gydF4y2BajgydF4y2Ba= 1，…，4);gydF4y2BaRgydF4y2Ba_{kgydF4y2Ba（gydF4y2BajgydF4y2Ba）gydF4y2Ba}是复制的固定效果吗gydF4y2BakgydF4y2Ba（gydF4y2BakgydF4y2Ba= 1，…，3)在实验中gydF4y2BajgydF4y2Ba；gydF4y2BaBgydF4y2Ba_{lgydF4y2Ba（gydF4y2BakjgydF4y2Ba）gydF4y2Ba}是随机块效应吗gydF4y2BalgydF4y2Ba（gydF4y2BalgydF4y2Ba= 1，…，10)在复制gydF4y2BakgydF4y2Ba，在实验中gydF4y2BajgydF4y2Ba；而且gydF4y2BaεgydF4y2Ba= (gydF4y2BaεgydF4y2Ba_{1111gydF4y2Ba},gydF4y2BaεgydF4y2Ba_{2111gydF4y2Ba}、……gydF4y2BaεgydF4y2Ba_{IJKLgydF4y2Ba}）gydF4y2Ba^”gydF4y2Ba是一个gydF4y2BaNgydF4y2Ba_{奥林匹克广播服务公司gydF4y2Ba}× 1残差随机向量假设为正态分布，均值为零，方差为零gydF4y2Ba\({\σ}_ {\ varepsilon} ^ 2 \)gydF4y2Ba,在这gydF4y2BaNgydF4y2Ba_{奥林匹克广播服务公司gydF4y2Ba}是观察的总数。gydF4y2Ba

用于分析水培实验的模型为:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaygydF4y2Ba_ijgydF4y2BaRIL的表型值是多少gydF4y2Ba我gydF4y2Ba（gydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 1，…，gydF4y2BangydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)在街区gydF4y2BajgydF4y2Ba；gydF4y2BaμgydF4y2Ba为总体均值;gydF4y2BaggydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是RIL的随机遗传效应吗gydF4y2Ba我gydF4y2Ba；gydF4y2BaBgydF4y2Ba_jgydF4y2Ba是固定效果的块吗gydF4y2BajgydF4y2Ba（gydF4y2BajgydF4y2Ba= 1，…，3);而且gydF4y2BaεgydF4y2Ba= (gydF4y2BaεgydF4y2Ba_11gydF4y2Ba,gydF4y2BaεgydF4y2Ba_21gydF4y2Ba、……gydF4y2BaεgydF4y2Ba_IJgydF4y2Ba）gydF4y2Ba^”gydF4y2Ba是一个gydF4y2BaNgydF4y2Ba_{奥林匹克广播服务公司gydF4y2Ba}× 1残差随机向量假设为正态分布，均值为零，方差为零gydF4y2Ba\({\σ}_ {\ varepsilon} ^ 2 \)gydF4y2Ba．使用Wald统计量检验固定和随机效应[gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]和似然比检验(LRT， [gydF4y2Ba53gydF4y2Ba])，考虑5%的显著性水平(gydF4y2BaαgydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

对于这两个统计模型，首先将RIL的遗传效应作为随机估计遗传方差分量(gydF4y2Ba\({\σ}_g ^ 2 \)gydF4y2Ba)和各性状的遗传力系数。然后认为RIL的影响是固定的估计调整的平均值使用最佳线性无偏估计(BLUEs)。所有混合模型分析均使用GenStat软件(v.17.1.0)进行[gydF4y2Ba54gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

根据Cullis等人的建议估计性状遗传力。gydF4y2Ba55gydF4y2Ba，称为广义遗传力，使用:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba\(\overline{v} BLUP \)gydF4y2Ba为两个最佳线性无偏预测(blup)之间的差的平均方差。人的相关系数[gydF4y2Ba56gydF4y2Ba]根据田间和水培试验中评价的性状的基因型调整平均值进行估计gydF4y2BaHmicgydF4y2Ba［gydF4y2Ba57gydF4y2Ba]在R中[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

SNP标记gydF4y2Ba

根据Saghai-Maroof等人的描述，基因组DNA从约500毫克的叶片组织中分离出来(每加入8株，即RILs及其亲本)。[gydF4y2Ba59gydF4y2Ba］．根据Elshire等人的研究，DNA样本通过测序进行基因分型。[gydF4y2Ba60gydF4y2Ba］．利用Burrows-Wheeler校准程序(BWA - [gydF4y2Ba61gydF4y2Ba])，并且使用GBS管道执行SNP调用[gydF4y2Ba62gydF4y2Ba]在TASSEL软件中实现[gydF4y2Ba63gydF4y2Ba］．使用NPUTE软件进行缺失基因型的推断[gydF4y2Ba64gydF4y2Ba］．然后，将SNP数据过滤40%的次要等位基因频率(MAF)。gydF4y2Ba

QTL定位gydF4y2Ba

用于多性状QTL定位的最后一组性状由籽粒产量(Gy)、1-2 mm直径级细根表面积(SA2)和根径(RD)组成。根据Silva等人描述的程序进行多性状QTL映射分析。[gydF4y2Ba65gydF4y2Ba为此，我们考虑使用Haley & Knott回归[gydF4y2Ba66gydF4y2Ba]和以下线性模型:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaygydF4y2Ba_{“透明国际”gydF4y2Ba}调整后的RIL均值是多少gydF4y2Ba我gydF4y2Ba（gydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 1，…，gydF4y2BangydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)特征gydF4y2BatgydF4y2Ba（gydF4y2BatgydF4y2Ba= 1，…，gydF4y2BaTgydF4y2Ba）;gydF4y2BaμgydF4y2Ba_tgydF4y2Ba是每个特征的截距;gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_trgydF4y2Ba是gydF4y2BargydF4y2Ba^thgydF4y2BaQTL对性状的主要影响gydF4y2BatgydF4y2Ba；gydF4y2BaxgydF4y2Ba_{红外gydF4y2Ba}为RIL的基因型gydF4y2Ba我gydF4y2BaSNP标记gydF4y2BargydF4y2Ba（gydF4y2BargydF4y2Ba= 1，…，gydF4y2BangydF4y2Ba_米gydF4y2Ba),被gydF4y2BangydF4y2Ba_米gydF4y2Ba标记的总数;gydF4y2BaxgydF4y2Ba_{红外gydF4y2Ba}对于BR007B或SC283提供的等位基因的纯合基因型的RILs，分别假设值为0或2;而且gydF4y2BaεgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba= (gydF4y2BaεgydF4y2Ba_{1gydF4y2Ba我gydF4y2Ba},gydF4y2BaεgydF4y2Ba_{2gydF4y2Ba我gydF4y2Ba}、……gydF4y2BaεgydF4y2Ba_{“透明国际”gydF4y2Ba}）gydF4y2Ba^”gydF4y2Ba是一个gydF4y2BaTgydF4y2Ba假设× 1随机向量独立同分布，按照多元正态分布，均值为0，正定对称方差-协方差矩阵ΣgydF4y2Ba_εgydF4y2Ba,即gydF4y2BaεgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba～gydF4y2BaMVNgydF4y2Ba(0,ΣgydF4y2Ba_εgydF4y2Ba)．使用上述模型(t = 1为单因素回归模型)对每个性状进行单性状QTL定位分析。gydF4y2Ba

基于正向选择过程建立了多个QTL模型，在基因组沿线的每个SNP位置测试假定QTL的主要效应的显著性。qtl主效应的显著性采用评分统计[gydF4y2Ba67gydF4y2Ba]，考虑10%的显著性水平(gydF4y2BaαgydF4y2Ba)．根据Silva等人进行的模拟。[gydF4y2Ba65gydF4y2Ba]，该显著性水平使QTL检测能力最大化，使误发现率(即假QTL的比例)保持在可接受的水平内。gydF4y2Ba

在模型中加入每个新的QTL后，对QTL的位置进行细化，直到没有发现更显著的QTL主效应。最后，通过逆向剔除过程将不显著的QTL效应从模型中剔除，如似乎不相关回归系数法中提出的[gydF4y2Ba68gydF4y2Ba]，考虑1%的显著性水平。gydF4y2Ba

定量分析的gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba基因表达gydF4y2Ba

高粱幼苗在改良的Magnavaca营养液中生长[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]含有低磷浓度(2.5 μM P)，如本节所述gydF4y2Ba低磷条件下根系表型分析gydF4y2Ba．gydF4y2Ba试验采用随机区组设计，每个实验单元(纸袋)3个重复，每个基因型共设9个生物重复。在营养液中放置13天后，其表达谱gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba例如基因(gydF4y2BaSb03g006765gydF4y2Ba，gydF4y2BaSb03g031690gydF4y2Ba,gydF4y2BaSb07g002840gydF4y2Ba)在RIL亲本BR007和SC283的根中进行了检测。根据制造商的说明，使用SV总RNA分离系统试剂盒(Promega公司，Madison, WI, USA)从膨大的根组织中分离总RNA(每块根9根)。总RNA (1 μg)使用高容量cDNA逆转录试剂盒(Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)进行cDNA合成。采用SYBR Green技术和ABI Prism 7500 Fast系统(Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)实时荧光定量PCR (qPCR-RT)对转录本进行定量分析。gydF4y2Ba

用20 ng cDNA样本和0.02 ng内源性本构对照(18 s rRNA)进行转录物相对定量。引物是用来gydF4y2BaSbPSTOL1gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba18 s rRNAgydF4y2Ba利用PrimerQuest工具(gydF4y2Bahttps://www.idtdna.com/PrimerQuest/gydF4y2Ba)(额外的文件gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)．相对基因表达量的计算采用2gydF4y2Ba^{——ΔΔCTgydF4y2Ba}方法(gydF4y2Ba69gydF4y2Ba]，有三次技术复制。gydF4y2Ba

艾尔:gydF4y2Ba

铝gydF4y2Ba

ALMT1gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

小麦中铝活化苹果酸转运蛋白gydF4y2Ba

ALS3gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

铝敏感3 (abc样转运体)gydF4y2Ba

AltgydF4y2Ba_{某人gydF4y2Ba}：gydF4y2Ba

铝公差轨迹gydF4y2Ba高粱二色的gydF4y2Ba

AtSTOP1gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

拟南芥对质子根毒性敏感gydF4y2Ba

蓝色:gydF4y2Ba

最佳线性无偏估计gydF4y2Ba

BLUP:gydF4y2Ba

最佳线性无偏预测gydF4y2Ba

BWA:gydF4y2Ba

burrows - wheeler对准器程序gydF4y2Ba

糖尿病:gydF4y2Ba

干物质gydF4y2Ba

E2:gydF4y2Ba

Ubiquitin-conjugating酶gydF4y2Ba

英国《金融时报》:gydF4y2Ba

开花的时间gydF4y2Ba

GBS:gydF4y2Ba

基因分型结果进行排序gydF4y2Ba

孔侑:gydF4y2Ba

粮食产量gydF4y2Ba

轻轨交通:gydF4y2Ba

似然率测试gydF4y2Ba

加:gydF4y2Ba

最小等位基因频率gydF4y2Ba

m:gydF4y2Ba

大型碱基对gydF4y2Ba

OsPSTOL1gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

水稻耐磷性1gydF4y2Ba

病人:gydF4y2Ba

磷gydF4y2Ba

PAE股权:gydF4y2Ba

磷利用效率gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba

粮食中磷含量gydF4y2Ba

PH值:gydF4y2Ba

株高gydF4y2Ba

PHO2:gydF4y2Ba

磷酸2gydF4y2Ba

页:gydF4y2Ba

植物(叶和茎)中的磷含量gydF4y2Ba

公关:gydF4y2Ba

根系组织中的磷含量gydF4y2Ba

Ps:gydF4y2Ba

磷含量在芽gydF4y2Ba

Psoil:gydF4y2Ba

土壤中有效磷含量gydF4y2Ba

Pt:gydF4y2Ba

总磷含量gydF4y2Ba

PUE:gydF4y2Ba

磷利用效率gydF4y2Ba

PUTIL:gydF4y2Ba

磷内部利用效率gydF4y2Ba

QTL:gydF4y2Ba

数量性状位点gydF4y2Ba

接待员:gydF4y2Ba

相关系数gydF4y2Ba

理查德·道金斯:gydF4y2Ba

根直径gydF4y2Ba

RDM:gydF4y2Ba

根干物质gydF4y2Ba

REML:gydF4y2Ba

限制最大似然gydF4y2Ba

瑞来斯:gydF4y2Ba

重组使内部生成线gydF4y2Ba

RL:gydF4y2Ba

根的长度gydF4y2Ba

房车:gydF4y2Ba

根卷gydF4y2Ba

山:gydF4y2Ba

总根表面积gydF4y2Ba

SA1:gydF4y2Ba

直径在0到1毫米之间的细根的表面积gydF4y2Ba

SA2:gydF4y2Ba

细根的表面积直径在1到2毫米之间gydF4y2Ba

SA3:gydF4y2Ba

粗根的表面积直径在2 - 4.5毫米之间gydF4y2Ba

SbMATEgydF4y2Ba：gydF4y2Ba

多药和有毒化合物挤入gydF4y2Ba高粱二色的gydF4y2Ba

SbPSTOL1gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

耐磷性1 ingydF4y2Ba高粱二色的gydF4y2Ba

长效磺胺:gydF4y2Ba

射干物质gydF4y2Ba

SNP:gydF4y2Ba

单核苷酸多态性gydF4y2Ba

生存研究实验室:gydF4y2Ba

特定的根长gydF4y2Ba

UBC24:gydF4y2Ba

Ubiquitin-conjugating 24酶gydF4y2Ba

V2:gydF4y2Ba

细根的体积直径在1到2毫米之间gydF4y2Ba

我们感谢Embrapa玉米和高粱项目的所有员工和学员，他们间接参与了这项工作的执行。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

我们感谢来自CGIAR世代挑战项目、Embrapa Macroprogram、Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)和国家科学和技术发展委员会(CNPq)的资助。资助机构在设计研究、收集、分析和解释数据以及撰写手稿方面没有任何作用。gydF4y2Ba

数据和材料的可用性gydF4y2Ba

本研究中使用和/或分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获得。gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. 巴西罗dovia MG 424，公里65,Caixa邮政151,Sete Lagoas, MG, 35701-970gydF4y2Ba

   Karine C. Bernardino, Maria Marta Pastina, Cícero B. Menezes, Sylvia M. de Sousa, Laiane S. Maciel, Geraldo Carvalho Jr, Claudia T. Guimarães, Beatriz A. Barros, Luciano da Costa e Silva, Robert e . Schaffert & Jurandir V. MagalhaesgydF4y2Ba

2. 联邦大学(Universidade Federal de Viçosa, Avenida Peter Henry Rolfs, s/n, Viçosa, MG, 36570-900，巴西gydF4y2Ba

   卡琳·c·贝纳迪诺和佩德罗·c·s·卡内罗gydF4y2Ba

3. 巴西，米纳斯吉拉斯州联邦大学，总统大道Antônio卡洛斯，6627，贝洛奥里藏特，MG, 31270-901gydF4y2Ba

   Laiane S. Maciel & Jurandir V. MagalhaesgydF4y2Ba

4. 萨斯喀彻温大学全球粮食安全研究所，SK萨斯卡通，S7N 4J8，加拿大gydF4y2Ba

   莱昂诉KochiangydF4y2Ba

5. 现住址:Helix Sementes, Rua Arnaldo Luiz de Oliveira, 75岁，Setor D, Bela Vista, Patos de Minas, MG, 38703-240，巴西gydF4y2Ba

   小Geraldo卡瓦略gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

构思，监督研究，参与稿件撰写和修改:JVM。进行实验，分析数据，协助撰写稿件:KCB。参与高粱表型分型:CBM、SMS、GCJ、res。设计统计框架，参与数据分析和解释:MMP、LCS。进行表达分析:LSM和BAB。符合性分析与改稿:LVK与CTG。修订论文:PCSC。所有作者阅读并批准了最终稿件。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2BaJurandir诉MagalhaesgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

伦理批准和同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

同意出版gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。gydF4y2Ba

开放获取gydF4y2Ba本文根据创作共用署名4.0国际许可协议发布(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba)，该协议允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是您适当地注明原作者和来源，提供创作共用许可的链接，并说明是否有更改。创作共用公共领域奉献放弃书(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/gydF4y2Ba)除另有说明外，适用于本条提供的资料。gydF4y2Ba

再版和权限gydF4y2Ba