重组自交系群体高密度SNP标记揭示玉米籽油相关性状的遗传基础gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

玉米(gydF4y2Ba玉米可能是甜的。梅斯gydF4y2Ba)是世界上种植最丰富、价值最高的粮食商品。玉米籽油营养丰富，对人类的饮食和健康非常重要，可以作为生物能源的来源。深入了解玉米籽油的遗传基础，有助于提高玉米籽油的含油量和品质。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

以KUI3/SC55自交系为材料，构建了重组自交系(RIL)群体，共180个个体。我们对19个油料相关性状进行表型分析，并基于高密度遗传图谱分析了玉米籽粒油料相关性状的遗传结构。KUI3/SC55 RIL群体共检测到62个数量性状位点(qtl)，每个性状有2 ~ 5个qtl。每个QTL占6.7% (gydF4y2BaqSTOL1gydF4y2Ba)至31.02% (gydF4y2BaqBELI6gydF4y2Ba各性状qtl的总表型变异解释率(PVE)为12.5% (OIL) ~ 52.5% (C16:0/C16:1)。在所有已鉴定的qtl中，仅有5个主要qtl位于6号染色体和9号染色体上的3个基因组区域。此外，检测到2对具有加性效应的上位性qtl，分别解释了表型变异的3.3%和2.4%。与先前的GWAS对石油相关性状进行共定位，鉴定出19个基因。在这些基因中，两个重要的候选基因，gydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba和gydF4y2BaGRMZM2G022558gydF4y2Ba，根据基因关联分析进一步证实分别与C20:0/C22:0和C18:0/C20:0相关。第一个基因编码一种功能未知的激酶相关蛋白，第二个基因编码脂肪酸延长酶2 (gydF4y2Bafae2gydF4y2Ba)，并直接参与长链脂肪酸的生物合成gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

研究结果为油料相关性状的遗传基础和利用标记辅助选择提高玉米品质提供了理论依据。gydF4y2Ba

玉米(gydF4y2Ba玉米可能是甜的。梅斯gydF4y2Ba)是世界上最普遍种植的谷类作物之一，也是人类食物、动物饲料和生物能源的主要来源。玉米已被用作植物遗传学的模型系统，解决了许多不确定的植物生物学问题[j]gydF4y2Ba1gydF4y2Ba］.玉米粒由大约4%的脂肪、10%的蛋白质和72%的淀粉组成，每100克提供365千卡的能量密度[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］.油是玉米粒的三种主要成分之一，其能量是淀粉的2.25倍[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba］.作为混合物，玉米油含有五种脂肪酸，占油浓度的98%以上，包括棕榈酸(C16:0)、硬脂酸(C18:0)、油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)和亚麻酸(C18:3) [gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］.三种不饱和脂肪酸分别占27.5、51.5和1.4%。玉米油中所含的高能量和多不饱和脂肪酸使其成为一种对人体健康有益的优质食用油。玉米还可以作为生物质能，为工业生产带来可观的收入。因此，随着玉米籽粒含油量的增加，玉米品种的附加值肯定会增加。gydF4y2Ba

通过对高油玉米群体的长期人工选择，形成了伊利诺伊州高油玉米(IHO)群体和北京高油玉米群体等一系列遗传资源[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]，随后被广泛应用于剖析玉米籽粒中油脂生物合成的遗传结构。由于分析方法和分子标记的限制，基于双亲本群体的QTL定位精度较低，而且很难克隆几十年前的基因。随后，随着测序技术的发展[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]，越来越多的分子标记被应用于QTL定位，极大地提高了QTL定位的准确性。利用玉米分离群体鉴定了大量影响油脂浓度和脂肪酸组成的染色体区域和qtl [gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]，这些研究表明，油脂浓度和脂肪酸组成受少数主基因和许多次要基因的控制，主要是加性作用。此外，上位性相互作用也导致特定种群中油脂含量的变化[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］.在两个可公开获得的玉米遗传资源NAM(嵌套关联作图群体)中也获得了类似的结果[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]和AMP508(关联映射种群)[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba]基于高分辨率和高功率QTL分析。gydF4y2Ba

植物种子中油脂的合成和积累的生物过程是复杂的，在植物中是众所周知的gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba，其中涉及120种酶和600多个基因[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba］.然而，人们对玉米知之甚少，只有少数与油脂含量和脂肪酸组成有关的基因被克隆出来[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］.例如，gydF4y2BaDGAT1-2gydF4y2Ba该基因编码酰基辅酶a:二酰基甘油酰基转移酶，催化油脂合成的最后一步，影响油脂和油酸含量[3]。gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba］.后来,一个gydF4y2BaDGATgydF4y2Ba基于关联分析鉴定功能位点，并开发了两个基于pcr的功能标记[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba］.硬脂酰acp去饱和酶(gydF4y2Ba悲伤的gydF4y2Ba)在脂肪酸生物合成中起关键作用，并已通过基因关联分析在玉米中发现[gydF4y2Ba24gydF4y2Ba］.这些结果表明，基于基因的关联定位是揭示qtl候选基因和缩短基因克隆时间的合适策略。gydF4y2Ba

本研究利用来自2个玉米自交系KUI3和SC55的180个RIL群体:(1)分析油分浓度和脂肪酸组成的遗传结构;(2)估计油分相关性状的qtl数量和效应以及上位互作;(3)鉴定控制油分相关性状的候选基因。gydF4y2Ba

遗传材料和田间实验gydF4y2Ba

通过玉米自交系KUI3与SC55的杂交，获得了一个180个个体的RIL群体。这两个亲本来自先前报道的一个协会小组，该小组包含508个基因多样化的玉米自交系(AM508) [gydF4y2Ba25gydF4y2Ba］.混合FgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba自花授粉6次产生了FgydF4y2Ba_7gydF4y2Ba单种子传代。2013年，所有品系和亲本在北京和海南以随机完整区(2个重复)种植。每个家族系种植在单行畦内(行2.5 m，行间距0.67 m)，种植密度为4.5万株/ha。gydF4y2Ba

玉米籽粒中脂肪酸的测定gydF4y2Ba

成熟的耳朵是人工收割和剥壳的。随机选择50粒，在45℃下干燥60 h，磨成粉末，然后储存在干燥器中进行脂肪酸测定。脂质提取方法由Fang等人描述。[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］.采用美国安捷伦公司HP7890A气相色谱分析脂肪酸组成。采用HP-INNOWAX聚乙二醇毛细管柱(30 m × 320 μm × 0.5 μm, Agilent Technologies)在250°C下分离样品。气相色谱的恒流压力为140.9 kPa，初始烘箱温度为220℃gydF4y2Ba°gydF4y2BaC，等温16 min，然后将烤箱温度提高20℃gydF4y2Ba°gydF4y2BaC / min至240℃gydF4y2Ba°gydF4y2BaC, 5分钟等温。FID温度为250℃gydF4y2Ba°gydF4y2BaC，氮的分解比为10:1。gydF4y2Ba

测定了棕榈酸(C16:0)、棕榈油酸(C16:1)、硬脂酸(C18:0)、油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)、亚麻酸(C18:3)、花生酸(C20:0)、白原酸(C22:0)、木油酸(C24:0)等9种不同的脂肪酸，并计算其含油量。另外9个比值性状来源于9种脂肪酸:C16:0/C16:1、C16:1/C18:0、C18:1/C18:2、C18:2/C18:3、C18:0/C20:0、C20:0/C22:0、C22:0/C24:0、SFA/USFA(饱和脂肪酸= C16:0 + C18:0 + C20:0 + C22:0 + C24:0;不饱和脂肪酸= C16:1 + C18:1 + C18:2 + C18:3)。详细方案见Fang等人。[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］.gydF4y2Ba

表型数据分析gydF4y2Ba

表型数据处理采用R Version 3.6.1 (gydF4y2Bawww.R-project.orggydF4y2Ba）.利用R中的“aov”函数进行方差分析，评价基因型、环境和复制效应。方差分析模型为y = μ + αgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba+βgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}(α+β)gydF4y2Ba_{通用电气gydF4y2Ba}+γgydF4y2Ba_{基于“增大化现实”技术gydF4y2Ba}+εgydF4y2Ba_{雀鳝gydF4y2Ba}，其中μ表示均值(来自两个环境的所有数据值的总和除以总样本量)，αgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba表示GTH线的影响，βgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}表示面积的影响，(αβ)gydF4y2Ba_{通用电气gydF4y2Ba}表示线×面积相互作用的影响，γgydF4y2Ba_{基于“增大化现实”技术gydF4y2Ba}表示面积×复制相互作用的影响，εgydF4y2Ba_{雀鳝gydF4y2Ba}表示残差。各性状的广义遗传力计算为gydF4y2BaHgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba=αgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/(αgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba^2gydF4y2Ba+αgydF4y2Ba_{通用电气gydF4y2Ba}^2gydF4y2Ba/r + αgydF4y2Ba_δgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/ ar) (gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]，其中e等于2个环境，r等于每个环境中的2个复制，αgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba^2gydF4y2Ba遗传变异是α吗gydF4y2Ba_{通用电气gydF4y2Ba}^2gydF4y2Ba基因型与环境、αgydF4y2Ba_δgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba为残差。的90%置信区间gydF4y2BaHgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba被计算。gydF4y2Ba

利用R的lme4包中的“lmer”函数拟合线性混合模型，得到每条单线y各性状的最佳线性无偏预测(BLUP)值gydF4y2Ba_ijkgydF4y2Ba= μ + ggydF4y2Ba_我gydF4y2Ba+ egydF4y2Ba_jgydF4y2Ba+εgydF4y2Ba_ijkgydF4y2Ba，其中ygydF4y2Ba_ijkgydF4y2Ba是gydF4y2BakgydF4y2Ba个体的表型值gydF4y2Ba我gydF4y2Ba在gydF4y2BajgydF4y2Ba环境，μ是所有环境的均值，ggydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是gydF4y2Ba我gydF4y2Ba遗传效应，比如gydF4y2Ba_jgydF4y2Ba是不同环境和ε的影响吗gydF4y2Ba_ijkgydF4y2Ba是随机误差。μ被认为是固定效应，ggydF4y2Ba_我gydF4y2Ba和egydF4y2Ba_jgydF4y2Ba被认为是随机效应[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba］.利用各品系的BLUP值进行表型描述统计、Pearson相关系数分析和QTL定位。gydF4y2Ba

遗传图谱的构建gydF4y2Ba

使用Illumina MaizeSNP50 BeadChip (Illumina Inc.， San Diego, CA, USA)对所有家族系及其父母进行基因分型，该芯片包含56110个单核苷酸多态性(snp)，覆盖19,540个玉米基因。gydF4y2Ba27gydF4y2Ba］.使用内部Perl脚本比较亲本和ril之间的基因型。计算所有snp的缺失数据、杂合度和次要等位基因频率，以及每系的缺失数据和杂合度。经质控后，选用缺失率< 15.0%、杂合度< 8.0%的180份自交系作进一步分析[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba］.共有11,841个snp多态性，捕获了2372个遗传块。Pan等人描述的一种改进的物理顺序方法[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]，构建遗传连锁图谱，长度均为1974.8 cM(图2)。gydF4y2BaS1gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

QTL定位gydF4y2Ba

使用Windows QTL Cartographer 2.5对所有性状采用复合区间作图进行QTL作图[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba］.Zmapqtl模块模型6用于检测全基因组中的qtl。标记物之间的扫描间隔设置为2.0 cM，窗口尺寸为10 cM。采用5个控制标记的前向-后向逐步回归来控制侧翼制造者的背景。在1000个排列后，在显著性水平上确定宣布假定qtl的概率阈值对数(LOD)值gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05。采用单lod支持区间法估计QTL位置的置信区间[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba］.R函数lm用于确定显著qtl所解释的总表型变异(PVE) [gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］.gydF4y2Ba

上位的分析gydF4y2Ba

如Wen等人所述。[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba]，采用双向方差分析估计每个性状的所有已鉴定qtl的成对加性x加性上位性相互作用gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05。通过比较包含所有单位点效应和双位点相互作用效应的完整模型与排除双位点相互作用效应的简化模型的残差来评估上位性解释的方差比例。此外，在上位互作分析中使用了峰值bin标记，为简便起见，所有杂合基因型都被指定为缺失值。gydF4y2Ba

基于基因的关联分析gydF4y2Ba

从508个玉米品系的125万个MAF≥0.05的snp中提取出位于基因体和编码区上下游5kb范围内的snp [gydF4y2Ba32gydF4y2Ba］.使用混合线性模型分析所有snp与油相关性状之间的关联[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]考虑到人口结构[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]和亲属关系[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］.Bonferroni调整显著性阈值(gydF4y2BaPgydF4y2Ba≤0.01/n)gydF4y2BaPgydF4y2Ba≤1.6 × 10gydF4y2Ba^{−4gydF4y2Ba}为gydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba和gydF4y2BaPgydF4y2Ba≤1.5 × 10gydF4y2Ba^{−4gydF4y2Ba}为gydF4y2BaGRMZM2G022558gydF4y2Ba，以确定显著的关联。用TASSEL 5.0计算两个位点之间的连锁不平衡(LD) [gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］.gydF4y2Ba

基因表达与性状的相关性gydF4y2Ba

授粉后15 d发育籽粒基因表达的相关性分析[j]gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]和成熟籽粒中与油有关的性状[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]使用R函数' cor.test '执行。gydF4y2Ba

19个共定位基因的注释及基因表达分析gydF4y2Ba

基于MaizeGDB (gydF4y2Bahttps://www.maizegdb.orggydF4y2Ba)，每个基因的功能都是从拟南芥或水稻的同源物中推断出来的。Chen等人获得了发育中的胚、胚乳和种子的基因表达数据。gydF4y2Ba37gydF4y2Ba］.gydF4y2Ba

表型变异、相关性和遗传力gydF4y2Ba

亲本和ril的19个目标性状表型变异见表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。SC55的含油量平均值(5.27%)高于KUI3(4.13%)。KUI3/SC55 RIL群体对所研究的大多数表型性状具有丰富的多样性，其连续分布和近似正态分布(图2)。gydF4y2BaS2gydF4y2Ba）.基于BLUP值的KUI3/SC55 RIL群体的平均值几乎所有具有海侵分离的测量性状都接近中亲本值(表1)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，这表明父母双方都携带了负责增加与油有关的性状的等位基因。变异系数(CV)值范围为7.39% (C16:0) ~ 52.10% (C18:0/C18:1)，平均值为33.04%(表1)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.方差分析除C16:1外，其余性状均受基因型、环境及基因型与环境交互作用的显著影响(表1)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，表明油相关性状对基因型和环境敏感。19个性状的成对Pearson相关系数显示，大多数性状之间存在显著相关性，KUI3/SC55 RIL群体C16:0/C18:0和C18:0/C18:1之间的相关系数为0.17,C18:1和C18:1/C18:2之间的相关系数为0.984(图2)。gydF4y2BaS3gydF4y2Ba）.广义遗传力(gydF4y2BaHgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba)在所有性状中都很高，范围在0.56 ~ 0.89之间，表明大多数表型变异是遗传控制的(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

油类相关性状的遗传结构gydF4y2Ba

基于1974.8 cM的连锁图谱，在KUI3/SC55 RIL群体中检测到19个油类相关性状的qtl。在1000个排列后，所有性状的经验阈值对数(LOD)值(gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05)为3.2，取值范围为3.2 ~ 3.6。共检测到62个单QTL，分布在所有染色体的38个基因组区域，KUI3/SC55 RIL群体中每个性状的QTL数在2 ~ 5之间(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba一个;表格gydF4y2BaS1gydF4y2Ba）.1-LOD QTL间隔平均为9.9 Mb (5.9 cM)，范围为0.2 ~ 68.9 Mb (1.2 ~ 13.8 cM)。每个QTL (PVE)可解释的表型变异范围为6.68% (gydF4y2BaqSTOL1gydF4y2Ba)至31.02% (gydF4y2BaqBELI6gydF4y2Ba)，平均为10.3%，每个性状所有检测到的qtl的总PVE范围从12.5% (OIL)到52.5% (C16:0/C16:1)(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab).在所有已鉴定的qtl中，只有5个影响较大，6号染色体和9号染色体上3个基因组区域的PVE≥15%。影响最大的QTL，gydF4y2BaqBELI6gydF4y2Ba6号染色体为C22:0/C24:0，两侧分别有标记SYN12691和SYN24474，占表型变异的31.02%。QTL -gydF4y2BaqLIG6gydF4y2Ba影响第二大的C24:0等位基因位于6号染色体上，占表型变异的24.46%，KUI3等位基因增加了表型变异的影响。此外，两个亲本KUI3和SC55的有利等位基因数量相似，分别为29和33。gydF4y2Ba1gydF4y2BaC)，表明在普通玉米品系中存在许多有利等位基因，但影响较小。gydF4y2Ba

除单个qtl外，还检测到C18:2和C18:1/C18:2两个性状的2对上位qtl，涉及3个位点gydF4y2BaS2gydF4y2Ba）.两个上位QTL对解释了表型变异的3.3%和2.4%。考虑到KUI3/SC55 RIL群体中上位性qtl的数量和效应较小，具有加性效应的两个qtl间的上位性互作对油类相关性状遗传基础的贡献小于加性效应。gydF4y2Ba

QTL集群gydF4y2Ba

本研究共观察到14个QTL集群，其中6个集群覆盖了不少于3个单个QTL(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba一个;表格gydF4y2BaS1gydF4y2Ba)，其余则覆盖2个单qtl。具体地说,gydF4y2BaL25gydF4y2Ba在6号染色体上包含5个油类相关性状的qtl: C18:2、C22:0、C24:0、C18:1/C18:2和C20:0/C22:0。这些qtl的PVE范围为8.9 ~ 24.46%，其中2个为主效qtl(图2)。gydF4y2BaS4gydF4y2Baa).在1号和9号染色体上，有2个位点含有4个qtl;gydF4y2Ba16种gydF4y2BaC16:0, C20:0, C18:0/C18:1, SFA/USFA和gydF4y2Ba吧gydF4y2Ba分别为C24:0、C22:0、C20:0和C18:0/C20:0。其余qtl均为弱效qtlgydF4y2BaqARA9gydF4y2Ba， PVE范围为6.68 ~ 15.22%。的区域gydF4y2Ba吧gydF4y2Ba跨度为25.8-100.4 Mb，远大于gydF4y2Ba16种gydF4y2Ba(257.6-264.5 Mb)，由于低频重组事件发生在gydF4y2Ba吧gydF4y2Ba。另外3个基因座，即gydF4y2BaL12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba活用gydF4y2Ba和gydF4y2BaL28gydF4y2Ba，包含3个qtl，分别位于第3、4和6号染色体上。gydF4y2BaL28gydF4y2Ba包含了从164.0到165.4 Mb的小区域gydF4y2BaqBELI6gydF4y2Ba，gydF4y2BaqBEH6-2gydF4y2Ba和gydF4y2BaqARBE6-2gydF4y2Ba分别能解释31.02、10.82和15.36%的表型变异，是进一步基因克隆的有价值靶点。的生成区间gydF4y2Ba活用gydF4y2Ba为1.5 Mb (237.5-239.0 Mb)，远小于gydF4y2BaL12gydF4y2Ba，其间隔大于20mb。所有6个qtlgydF4y2BaL12gydF4y2Ba和gydF4y2Ba活用gydF4y2Ba影响较小，pve范围为6.75%至11.91%。gydF4y2Ba

有趣的是，qtl基因共定位鉴定出2个已知基因落在2个基因座内gydF4y2BaL25gydF4y2Ba和gydF4y2Ba由于gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2BaS4gydF4y2Ba）.的gydF4y2BaDGAT1-2gydF4y2Ba基因(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]，编码酰基辅酶a:二酰基甘油酰基转移酶，催化油合成的最后一步，位于区间gydF4y2BaL25gydF4y2Ba，可能是候选基因(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Baa).此外，gydF4y2BaFAD2gydF4y2Ba编码脂肪酸脱氢酶的基因与gydF4y2Ba由于gydF4y2Ba，其中包括gydF4y2BaqPAE4-3gydF4y2Ba和gydF4y2BaqPALE4-2gydF4y2Ba(分别负责C16:1和C16:0/C16:1)gydF4y2BaS4gydF4y2Bab)。gydF4y2Ba

基于连锁和基因关联分析的石油相关性状候选基因挖掘gydF4y2Ba

结合之前关于21种油相关性状的GWAS的报告[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]， 74个候选基因中有19个(25.7%)在本研究中基于身体位置进行了检测(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba;表格gydF4y2BaS1gydF4y2Ba）.这些基因覆盖了10个可能影响玉米籽粒油脂生物合成和积累的位点。在这19个基因中，有4个编码的酶参与脂质代谢反应，直接调节脂质合成和代谢，包括脂肪酸去饱和酶2 (gydF4y2BaFAD2gydF4y2Ba)、脂肪酸延长酶2 (gydF4y2BaFAE2gydF4y2Ba)、二酰基甘油酰基转移酶(gydF4y2BaDGAT1-2gydF4y2Ba)和肉豆蔻酰基载体蛋白硫酯酶(图2)。gydF4y2BaS5gydF4y2Ba;表格gydF4y2BaS4gydF4y2Ba）.4个基因被注释为参与其他代谢反应的酶，如醛脱氢酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶、酸性磷酸酶和α / β水解酶。其中一个基因被标注为转录因子。其余10个基因编码的蛋白被分类为伴侣蛋白、核糖体蛋白、锌指蛋白、G蛋白、细胞色素P450和功能未知的蛋白(图2)。gydF4y2BaS5gydF4y2Ba）.此外，结合已发表的RNA-seq数据，我们发现94.7%(18/19)的这些基因在发育胚、胚乳和种子中表达gydF4y2BaGRMZM2G141999gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2BaS6gydF4y2Ba;表格gydF4y2BaS4gydF4y2Ba）.8个基因在发育胚的不同阶段均有高表达，表明胚胎是油脂积累的主要部位，可能与油脂合成和代谢有关。gydF4y2Ba

巧合的是，胚胎中高表达的8个基因中有2个位于物理位置的两个QTL簇中。gydF4y2BaL28gydF4y2Ba在6号染色体上gydF4y2Ba吧gydF4y2Ba在第9号染色体上，落在共定位最多的qtl的峰库中(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2BaA, e)，被认为是重要的候选基因。gydF4y2BaL28gydF4y2Ba包含3个qtl，分别为gydF4y2BaqBELI6gydF4y2Ba对于C22:0/C24:0, PVE最大为31.02%，QTL-效果中等gydF4y2BaqBEH6-2gydF4y2BaC22:0和主要QTL-gydF4y2BaqARBE6-2gydF4y2Ba为C20:0/C22:0，包括gydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba基因，它可以编码一种功能未知的蛋白质(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Baa).为了进一步探索该基因与油类相关性状的关联，在基因体及上游和下游5kb范围内提取了62个snpgydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba从508份玉米自交系125万个MAF≥0.05的优质snp中提取基因[gydF4y2Ba32gydF4y2Ba］.使用混合线性模型对这些snp进行标记-性状关联分析，确定了4个与C22:0/C24:0 at相关的显著位点gydF4y2BaPgydF4y2Ba≤1.6 × 10gydF4y2Ba^{−4gydF4y2Ba}(无花果。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab,表gydF4y2BaS3gydF4y2Ba）.最重要的SNP，gydF4y2Bachr6。S_164986588gydF4y2Ba等位基因A和C位于外显子5gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 7.91 × 10gydF4y2Ba^{−6gydF4y2Ba}这可以引起谷氨酸(T)到苏氨酸(P)氨基酸的变化gydF4y2Bachr6。S_164986588gydF4y2Ba其他3个snp的范围为0.34 ~ 1(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba等位基因c的株系C22:0/C24:0比等位基因a的株系高(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bad)。同时，携带等位基因A的细胞系表达gydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba在稍高的水平gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.025(图gydF4y2Ba4gydF4y2Baa)，基因表达量与C22:0/C24:0的比值呈弱相关(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Bab).这些结果表明gydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba基因可能影响C22:0/C24:0的比值。gydF4y2Ba

此外，中包含的4个qtl中有3个gydF4y2Ba吧gydF4y2Ba,即gydF4y2BaqBEH9gydF4y2BaC22:0,gydF4y2BaqARA9gydF4y2Ba对于C20:0和gydF4y2BaqSTAR9gydF4y2Ba对于C18:0/C20:0，与gydF4y2BaGRMZM2G022558gydF4y2Ba基因(图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bae)。该基因编码脂肪酸延长酶2 (gydF4y2Bafae2gydF4y2Ba)，它参与了长链脂肪酸的生物合成gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba［gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]，并被纳入多种植物脂类。同样，从508个玉米自交系的125万个SNP数据库中，我们提取了66个MAF≥0.05的SNP，范围从5 kb到下游gydF4y2Bafae2gydF4y2Ba然后通过标记-性状关联分析鉴定出35个与C18:0/C20:0相关的snp，其中2个位于5'UTR, 6个位于外显子1,1个位于3 ' UTR，其余位于3 ' UTR后面的区域。峰值信号，gydF4y2Bachr9。S_86864550gydF4y2Ba在外显子1中，whosegydF4y2BaPgydF4y2Ba-value达到7.52 × 10gydF4y2Ba^{−11gydF4y2Ba}(无花果。gydF4y2Ba3.gydF4y2Baf,表gydF4y2BaS3gydF4y2Ba)，与几乎所有其他显著snp都在LD中，这可能导致氨基酸变化(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bag)。以C18:0/C20:0的比例，携带等位基因A的株系显著多于携带等位基因g的株系。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bah).同时，的表达gydF4y2Bafae2gydF4y2Ba携带等位基因A的株系明显高于携带等位基因G的株系(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Bac)，表达量与C18:0/C20:0比值呈正相关gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.002(图。gydF4y2Ba4gydF4y2Bad).这些结果表明gydF4y2Bafae2gydF4y2Ba可以改变表型。gydF4y2Ba

玉米籽粒油相关性状的遗传成分gydF4y2Ba

玉米油是一种由不同种类的脂肪酸组成的化合物。以往的研究表明，油料相关性状是由多基因控制的数量性状[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]，这一发现也揭示了所有特征都遵循正态分布，并在这项工作中表现出海侵隔离。本研究在38个位点检测到62个qtl，其中主要qtl只有5个，PVE≥15%。因此，在19个油料相关性状中发现了两种不同的遗传结构。脂肪酸性状C20:0、C22:0、C24:0和比值性状C20:0/C22:0和C22:0/C24:0由单个主效QTL加一些小效QTL控制，其余性状由多个小效QTL控制。值得注意的是，在本研究中只检测到两个影响较小的油含量qtl，这与最近的一份报告[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]，而在高含油人群中鉴定出6-16个qtl [gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]，在不结盟运动人群中发现22个qtl [gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]和在GWAS分析中与含油量相关的26个位点[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］.不同定位群体的应用在QTL数量和效应上存在差异。本研究中，亲本KUI3(4.13%)和SC55(5.27%)的含油量存在细微差异。在KUI3/SC55 RIL群体中，两个qtl贡献了12.5%的油脂含量表型变异。在高含油量人群中，含油量的PVE超过50% [gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba］.有利等位基因积累是提高油分浓度的途径，高油玉米品系有利等位基因较多，其中部分起主要作用;因此，在高油系构建的双亲本群体中，qtl的数量和效应不断增加。然而，根据本研究的发现，在普通玉米品系中也存在有利等位基因。此外，不同的环境也可能影响检测到的qtl的数量。gydF4y2Ba

本研究的另一个显著发现是，在两个油相关性状中鉴定出了两对具有加性效应的上位互作qtl。然而，它们对增加脂肪酸组成的贡献有限。这一结果与之前的一些报告一致[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］.以高油玉米为例，检测到2 ~ 7对上位性qtl，分别与含油量和5种脂肪酸组成有关。gydF4y2Ba15gydF4y2Ba］.各性状所有上位性qtl解释的总表型变异比例为5.2 ~ 12.6%。在油菜籽、水稻、花生和小麦中也得到了类似的结果[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]，证明上位性可以对不同作物复杂数量性状的变异做出实质性贡献。具有加性效应的qtl数量和占总表型变异的百分比均大于上位性qtl，表明在KUI3/SC55 RIL群体中，具有加性效应而非上位性效应对油类相关性状的遗传基础起关键作用。gydF4y2Ba

本研究中发现的与石油相关的qtl与以往研究的共定位gydF4y2Ba

油类相关qtl的挖掘有助于更好地理解玉米籽粒中油类的生物合成和积累。与以往的研究相比[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]， 75.8%(47/62)的qtl是先前基于B73参考基因组版本2报道的，表明结果的可靠性和准确性。新鉴定的15个qtl均具有中等效应，分布在8条染色体上(除第5和6号染色体外)，PVE范围为6.75% (gydF4y2BaqSTOL4gydF4y2Ba)至11.94% (gydF4y2BaqPAST8gydF4y2Ba)，这揭示了来自父母双方遗传背景的特异性。考虑到所有QTL的物理位置，本次研究中有26.3%(10/38)的位点是新验证的，包括2个QTL集群;gydF4y2Ba活用gydF4y2Ba和gydF4y2BaL33gydF4y2BaC18:0、C18:0/C18:1、SFA/USFA和C16:0/C18:0和C18:0/C20:0分别位于第4染色体上。多效性和近连锁可能导致性状相关，并导致qtl的共定位，这意味着在相同的基因组区域中发现了几个控制不同性状的qtl [gydF4y2Ba44gydF4y2Ba］.这两个由多个qtl支持的新位点是可靠的，具有育种潜力。此外，这两个基因座共定位的原因还需要进一步研究。gydF4y2Ba

这两个候选基因，gydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba和gydF4y2BaGRMZM2G022558gydF4y2Ba，分别与C20:0/C22:0和C18:0/C20:0相关。前者编码一种功能未知的激酶相关蛋白，后者编码一种功能未知的激酶相关蛋白gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba，它被注释为RNA聚合酶II降解因子样蛋白。没有报告表明该基因与脂质代谢有关。鉴于该基因不在脂质代谢途径中，它可能以间接方式调节脂质代谢。此外，最显著的SNP，gydF4y2Bachr6。S_164986588gydF4y2Ba，并不一定是基因的功能位点。在大多数情况下，单个氨基酸的改变不足以改变蛋白质的功能。的表达式gydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba与表现型相关，即表现型很可能受到基因表达的调控。真正的功能位点可能是下一代测序技术未发现的一些转座子或结构变异，它们位于LD中，具有显著的snp，就像方法一样gydF4y2BaZmNAC111gydF4y2Ba和gydF4y2BaZmVPP1gydF4y2Ba［gydF4y2Ba45gydF4y2Ba，gydF4y2Ba46gydF4y2Ba)工作。第二种是编码脂肪酸伸长酶2 (fae2)，它可以将脂肪酸酰基辅酶a拉长产生C20-C24酰基辅酶a，进而产生长链脂肪酸，直接参与中极长链脂肪酸的生物合成gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba［gydF4y2Ba18gydF4y2Ba］.同样，尽管许多重要的snp被鉴定出与C18:0/C20:0相关，但很难确定的功能位点gydF4y2BaGRMZM2G022558gydF4y2Ba基因。在关联面板中，表型与基因表达显著相关，表明表达可能调控表型。gydF4y2Ba

QTL在玉米油改良中的应用gydF4y2Ba

QTL定位是鉴定感兴趣的复杂数量性状位点的经典策略。QTL定位的最终目的是克隆致病基因，以便进一步应用于性状改良。通过构建玉米近等基因系来获得qtl的相关基因通常需要很长时间[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba，gydF4y2Ba48gydF4y2Ba，gydF4y2Ba49gydF4y2Ba]，大米[gydF4y2Ba50gydF4y2Ba，gydF4y2Ba51gydF4y2Ba，gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]，小麦[gydF4y2Ba53gydF4y2Ba，gydF4y2Ba54gydF4y2Ba]及其他植物[gydF4y2Ba55gydF4y2Ba，gydF4y2Ba56gydF4y2Ba］.结合联动分析和GWAS可以大大缩短行程[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba，gydF4y2Ba58gydF4y2Ba]，基于基因的关联研究可以帮助识别有利的等位基因。这些qtl或基因有潜力通过标记辅助选择促进作物改良。迄今为止，已经在多个物种中发现了大量不同性状的qtl，其中一些已经实际应用于作物改良[gydF4y2Ba59gydF4y2Ba，gydF4y2Ba60gydF4y2Ba，gydF4y2Ba61gydF4y2Ba］.然而，在玉米籽粒油的改良中，除玉米外，应用较少gydF4y2BaDGAT1-2gydF4y2Ba基因(gydF4y2Ba62gydF4y2Ba］.详细地说，Hao等。[gydF4y2Ba62gydF4y2Ba转移了的有利等位基因gydF4y2BaDGAT1-2gydF4y2Ba利用标记辅助回交技术，将高油自交系By804转化为郑单958的两个亲本，在粒重不变的情况下，成功地提高了郑单958的含油量。本研究共鉴定出5个主要qtl，其中3个qtl通过联合基因关联分析得到分离，2个候选基因得到验证。此外，这些qtl在KUI3/SC55群体中主要是加性的，这可能通过对这些qtl的有利玉米等位基因进行金字塔化或基因组选择来加速分子育种。gydF4y2Ba

本研究利用高密度SNP标记对KUI3/SC55 RIL群体的19个油类相关性状进行了QTL定位。鉴定出大量调控油脂含量和脂肪酸组成的qtl，其中大部分为中效qtl。19个油类相关性状的遗传结构存在两种差异。在这些性状中，只有5个具有主要QTL，反映了与油相关性状的复杂性。此外，在KUI3/SC55 RIL群体中，油相关性状的遗传基础中，加性效应而非上位性效应发挥了至关重要的作用。两个基因,gydF4y2BaGRMZM2G101515gydF4y2Ba和gydF4y2BaGRMZM2G022558gydF4y2Ba，通过基因关联分析进一步验证分别与C20:0/C22:0和C18:0/C20:0相关。第一个基因编码一个功能未知的激酶相关蛋白，该蛋白可能作为调控因子影响油生物合成和代谢途径相关基因。而第二个基因编码脂肪酸延长酶2 (fae2)，直接参与超长链脂肪酸的生物合成gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba，从而通过直接影响两种脂肪酸的含量来调节C18:0/C20:0的比例。总的来说，这些发现为了解与油有关的性状的遗传结构提供了见解，并为提高玉米籽粒的含油量和改善油质提供了机会。gydF4y2Ba

支持本文结论的数据集包含在本文及其补充文件中。gydF4y2Ba

瑞来斯:gydF4y2Ba

重组自交系gydF4y2Ba

通过:gydF4y2Ba

表型变异解释gydF4y2Ba

0:gydF4y2Ba

棕榈酸gydF4y2Ba

C16:1:gydF4y2Ba

9 -十六碳烯酸gydF4y2Ba

C18:0:gydF4y2Ba

硬脂酸gydF4y2Ba

C18:1:gydF4y2Ba

十八烯酸gydF4y2Ba

C18:2:gydF4y2Ba

亚麻酸gydF4y2Ba

C18:3:gydF4y2Ba

亚麻酸gydF4y2Ba

C20:0:gydF4y2Ba

二十烷酸gydF4y2Ba

C22:0:gydF4y2Ba

二十二烷酸gydF4y2Ba

C24:0:gydF4y2Ba

二十四烷酸gydF4y2Ba

国家林业局:gydF4y2Ba

饱和脂肪酸gydF4y2Ba

USFA:gydF4y2Ba

不饱和脂肪酸gydF4y2Ba

BLUP:gydF4y2Ba

最佳线性无偏预测gydF4y2Ba

QTL:gydF4y2Ba

数量性状位点/座gydF4y2Ba

LOD:gydF4y2Ba

概率对数gydF4y2Ba

LD:gydF4y2Ba

连锁不平衡gydF4y2Ba

衣冠楚楚的:gydF4y2Ba

授粉后几天gydF4y2Ba

简历:gydF4y2Ba

变异系数gydF4y2Ba

加:gydF4y2Ba

次要等位基因频率gydF4y2Ba

我们非常感谢中国农业大学的杨晓红博士分享了RIL人口，并为改进本文提出了宝贵的建议。gydF4y2Ba

国家重点研发计划项目(2017YFD0101104)、南通市社会民生科技项目(MS22020033)、南通大学引进人才科研启动项目(135420609055)资助。gydF4y2Ba

作者指出gydF4y2Ba

1. 方辉和傅秀义对这项工作的贡献相同。gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. 南通大学生命科学学院农业部南方平原区玉米科学观测实验站，南通226019gydF4y2Ba

   方辉，葛汉秋，张爱霞，单廷玉，李萍，王宝华gydF4y2Ba

2. 北京市农林科学院玉米研究中心，玉米DNA指纹识别与分子育种北京市重点实验室，北京曙光花园中路9号，100097gydF4y2Ba

   傅秀怡，王元栋gydF4y2Ba

3. 南通市熊种子公司，南通，226009gydF4y2Ba

   萍李gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

HF、XYF进行实验，分析数据，撰写稿件;HQG, AXZ和TYS协助数据收集和分析;YDW、PL和BHW设计了这项研究，并帮助撰写或修改了手稿。所有作者都已阅读并同意本文。所有作者都审阅了手稿。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba远东王gydF4y2Ba，gydF4y2Ba萍李gydF4y2Ba或gydF4y2Ba宝华王gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

伦理批准并同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

发表同意书gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者宣称他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

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