玉米灌漿期莖稈抗推力的全基因組關聯分析

馬青美，裴玉賀，陳東濱，宋希云

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玉米灌漿期莖稈抗推力的全基因組關聯分析

馬青美1,3，裴玉賀2,3，陳東濱1,3，宋希云2,3

（1青島農業大學生命科學學院，山東青島 266109；2青島農業大學農學與植物保護學院，山東青島 266109；3青島市主要農作物種質創新與應用重點實驗室，山東青島 266109）

通過基因型與表型數據關聯分析，檢測出與玉米莖稈抗推力相關的SNP位點，發掘出控制莖稈抗推力的候選基因。以292份玉米自交系組成的自然群體為材料，2015年和2016年在菏澤、棗莊、青州、膠州等地進行莖稈抗推力的測定，并且對株高、穗位高、雄穗長和雄穗柄長進行測定。另一方面，對材料進行取樣并提取DNA，由美國先鋒良種有限公司利用MaizeSNP50基因芯片進行基因分型，該芯片包括55 126個單核苷酸多態性（SNP）標記，去除雜合率大于10%、缺失率大于20%和最小等位基因頻率低于0.05的標記，剩余25 331個SNP，運用farmCPU結合基因型對莖稈抗推力表型數據進行全基因組關聯分析，檢測出與莖稈抗推力顯著相關SNP位點，根據SNP所處的物理位置，對標記所在的區間進行定位，從而獲得相對應的候選基因。運用spss statistics 20.0數據分析軟件對株高、穗位高、雄穗長和雄穗柄長進行相關性分析，確定莖稈抗推力與4個性狀的相關性。共檢測出16個與莖稈抗推力顯著相關的SNP（＜0.0001），分別位于染色體框3.06、5.02、4.08、6.04、8.03和9.03。在多個環境中檢測到的SNP位點位于相同的染色體框，例如，位于染色體框8.03中的PZE_108026930、SYN19532、PZE_108048987和PZE_108050769，在2015年棗莊和2016年棗莊分別被檢測到。位于染色體框3.06的PZE_103111295和PZE_103125327，在2015年青州和2016年棗莊分別被檢測到。共獲得GRMZM2G504401、GRMZM2G062974、GRMZM2G053767、GRMZM2G348551和GRMZM2G024260 5個候選基因，分別編碼幾丁質酶A、bZIP轉錄因子超家族的蛋白、核糖體40s亞基S4類蛋白X1、可溶性淀粉合成酶2-3、腺嘌呤核苷酸水解酶超家族蛋白。此外，發現莖稈抗推力與株高、穗位高、雄穗長和雄穗柄長有顯著或極顯著相關性，但是在各個環境中相關關系不穩定，環境可能具有一定的影響。GRMZM2G062974參與植物在逆境下的表達調控，響應多種非生物脅迫。GRMZM2G348551參與糖代謝途徑，調控支鏈淀粉的合成，與細胞壁的形成有關。GRMZM2G504401在植物中表達受到生物或者非生物脅迫的誘導，從而發揮作用。倒伏會受到自身或多種脅迫的影響。

玉米；莖稈抗推力；全基因組關聯分析；候選基因

0 引言

【研究意義】玉米是世界上重要的糧食作物之一。近幾年，玉米倒伏嚴重影響了作物的產量、降低了生產效率，減少了農民收入。玉米倒伏是一個受到多種因素影響的復雜性狀，莖稈拉力、莖稈穿刺力、莖粗、株高和穗位都與倒伏性顯著相關，并且與氣生根層數也顯著相關[1]。莖稈抗推力是衡量玉米抗倒伏的重要指標之一，對培育抗倒伏的玉米品種具有重要意義。【前人研究進展】評價玉米抗倒性的研究方法很多，有關研究表明，因莖稈強度與倒伏具有極顯著相關性，可以作為衡量玉米抗倒性的重要指標[2-3]。豐光等[4]利用41個不同玉米雜交種，在不同生育時期和不同部位對其做莖稈穿刺力和拉力試驗，結果表明，地上部第三莖節穿刺強度能較好地反映玉米品種的抗倒伏性。國外大部分研究者會選擇在地上部第二或第三節間中部測定莖稈穿刺強度，乳熟期、蠟熟期至成熟期都會被選擇為主要測定時期，也有些研究會選擇開花期和抽雄前期測定[5-6]。國內研究大多數選擇地上部第三節間中部或穗下節間，主要的測定時期乳熟期至臘熟期[7-9]。分子標記的發展讓QTL作圖成為解析相關性狀遺傳結構有效的方法[10]。近幾年，關于倒伏相關性狀的基因定位研究比較多，與倒伏相關性狀的SNP在玉米10條染色體上均有分布，Hu等[11]以B73和Ce03005組成的玉米重組自交系（RIL）群體為材料，結合分布在10條染色體的129個SSR標記構建的遺傳連鎖圖譜，對莖稈抗彎曲強度等倒伏相關性狀的QTL定位，發現7個與抗倒性顯著相關位點被檢測出，主要定位在第5、10染色體上，解釋的表型變異區間在17.2%—26.1%。Flint-Garcia等[12]以3個F2:3群體作為試驗材料，對抗穿刺阻力、穗位高以和經穗位矯正后的抗穿刺阻力3個性狀進行QTL定位，共定位到27個相關QTL，分布在10條染色體。全基因關聯分析是將表型數據與基因芯片相結合對相關基因進行的初步定位，相對于傳統雙親QTL作圖，全基因組關聯分析具有更高分辨率、高通量等優勢，成為鑒定現有種質資源中的有利等位基因的有效方法[13-14]。目前，全基因組關聯分析大多數被應用于植物復雜的數量性狀分析。Kashiwagi等[15]對水稻莖粗和莖稈底部抗推力狀狀進行QTL定位，共檢測到5個與莖稈底部抗推力顯著相關的QTL，主要分布在第4、5、6、11和12染色體，發現6個控制莖粗的QTL，分布在第1、3、6、8和12染色體上。Huang等[16]以950個水稻品種為材料，對其進行全基因組關聯分析，發現32個與開花期顯著相關位點，10個與產量性狀關聯的遺傳位點。【本研究切入點】前人主要采用傳統的QTL作圖對相關基因進行定位，定位區間比較大，并且對莖稈推力定位研究比較少，關聯分析比連鎖分析具有更高的檢測力，在全基因組范圍篩檢與目標性狀相關聯的遺傳變異。【擬解決的關鍵問題】本研究以292份玉米自交系組成的自然群體，采用基因型對莖稈抗推力進行關聯分析，在不同的生態環境中同時找出控制莖稈抗推力的相關SNP，進而挖掘出候選基因，為培育抗倒性玉米品種提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設計

292份自交系組成的自然群體（電子附表1），來自青島農業大學玉米分子育種研究室，自交系選自國內骨干群體和國際主要的優勢群。2015年夏，將其分別種植于山東省棗莊、青州、菏澤三地，2016年夏將其種植于山東省膠州、棗莊兩地。田間試驗采取單行區種植，小區行長3 m，行距0.6 m，每行15株，3個重復，田間生長進行統一管理。在玉米灌漿期，對其進行株高、穗位高、雄穗長、雄穗柄長、莖稈抗推力的測量。

1.2 基因型的測定

每份自交系選取6株用打孔器在葉片中取樣，采用CTAB法[17]提取DNA，由美國先峰良種國際有限公司利用MaizeSNP50基因芯片進行基因分型。該芯片包括55 126個SNP標記，均勻分布玉米自交系B73全基因組。SNP基因型檢測參照Illumina公司提供的操作指南，采用Illumina Bead Station 500G SNP分型系統完成。參考Weng等[18]方法控制芯片基因型數據質量。

1.3 表型數據的測定方法

在玉米完成授粉后的灌漿期（約15 d），每行選取生長情況一致的6棵代表植株，用數顯植物莖稈強度檢測儀（浙江托普儀器有限公司，型號YYD-1B），在植株基部第三節中部（大約離地面20 cm處）以莖稈的垂直短軸方向推倒至45°角，瞬間讀取并記錄試驗數據，單位是牛頓（N）。同時測定株高、穗位高、雄穗長和雄穗柄長。

1.4 表型數據的統計分析

運用spss statistics 20.0數據分析軟件和Excel 2007軟件對表型數據進行統計分析和相關性分析。

1.5 莖稈抗推力的全基因組關聯分析

該芯片包括55 126個SNP，去除雜合率大于10%、缺失率大于20%和最小等位基因頻率低于0.05的標記，剩余25 331個SNP（MAF≥0.05），利用farmCPU對莖稈抗推力表型數據進行全基因組關聯分析。在＜0.0001水平上，判定SNP標記與莖稈抗推力關聯的顯著性。

2 結果

2.1 玉米抗推力的統計分析

由表1可知，兩年莖稈抗推力的均值為103.64、101.81、93.85、98.33和93.10，偏度和峰度都接近于零，說明大多數符合正態分布。Pearson相關分析發現2015菏澤、2015青州、2015棗莊、2016膠州和2016棗莊的莖稈抗推力差異極顯著，適合進一步關聯分析。

2.2 莖稈抗推力的全基因組關聯分析

采用分布于玉米基因組的55 126個SNP標記對292份玉米自交系莖稈抗推力進行關聯分析（表2和圖1）。共檢測到16個與莖稈抗推力顯著關聯的SNP位點（＜0.0001），分別位于染色體框3.06、5.02、4.08、6.04、8.03和9.03，其中在染色體框3.06、5.02和6.04有2個顯著的SNP，在染色體框4.08和9.03分別檢測出3個顯著的SNP。在兩年的棗莊環境下檢測出4個顯著SNP位于8.03染色體框中。通過采用分子標記對莖稈抗推力進行全基因組關聯分析獲得QQ圖（圖1），表明關聯群體的群體結構得到了較好控制。對標記位點進行掃描分析，共獲5個候選基因（表2），分別是GRMZM2G504401編碼幾丁質酶A，GRMZM2G062974編碼產物是bZIP轉錄因子超家族的蛋白，bZIP蛋白在生命活動中發揮重要作用。GRMZM2G053767編碼核糖體40s亞基S4類蛋白，GRMZM2G348551和GRMZM2G024260編碼一個可溶性淀粉合成酶2-3、腺嘌呤核苷酸水解酶超家族蛋白。

表1 玉米莖稈抗推力的統計分析

**在=0.01水平差異顯著。SD：標準差

**Significance at=0.01. SD: standard deviation

橫軸表示經過負的常數對數轉換的期望P值，縱軸表示經過負的常數對數轉換觀察到的P值（QQ圖）。X2015HZSAT、X2015QZSAT、X2015ZZSAT、X2016JZSAT、X2016ZZSAT分別代表2015年菏澤莖稈抗推力、2015年青州莖稈抗推力、2015年棗莊莖稈抗推力、2016年膠州莖稈抗推力、2016年棗莊莖稈抗推力

表2 與莖稈抗推力相關的顯著關聯的SNP位點

2.3 玉米莖稈抗推力與其他農藝性狀的相關性分析

在菏澤、青州、棗莊、膠州4個環境中，利用SPSS20.0軟件對莖稈抗推力與株高、穗位高、雄穗長和雄穗柄長4個性狀進行相關性分析（表3）。在膠州、青州和菏澤，莖稈抗推力與株高、穗位高都有顯著相關。除膠州外，其他環境莖稈抗推力與雄穗長、雄穗柄長都顯著相關，棗莊的莖稈抗推力與株高、穗位高相關性不顯著，可能與環境有關。研究發現，莖稈抗推力與4個農藝性狀具有一定的相關性，但是相關性不是很穩定。

表3 莖稈抗推力與4個農藝性狀的相關性

**在0.01水平（雙側）差異極顯著。*在0.05水平（雙側）差異顯著

**Significance at=0.01. *Significance at=0.05

3 討論

3.1 莖稈抗推力關聯分析

關聯分析（association analysis）又稱關聯作圖（association mapping），是一種基于連鎖不平衡的作圖方法。該方法利用不同位點等位基因之間的連鎖不平衡，對標記基因與性狀結合的相關性分析，從而檢測出與表型性狀變異密切相關的功能性等位基因[19]。目前，關聯分析已經應用于植物復雜數量性狀的多方面研究，但是對于研究玉米倒伏方面的關聯分析還相對較少。本研究對292份玉米自交系組成的自然群體進行全基因組關聯分析，在兩年數據中共檢測出16個與莖稈抗推力顯著關聯的SNP（＜0.0001）。研究表明利用連鎖定位和關聯分析定位到的QTL在位置上大部分具有一致性[20-22]。Li等[23]以2個玉米重組自交系為材料并對其遺傳分析，共獲得7個與莖稈強度顯著相關的QTL位點。染色體框9.03共有3個標記與莖稈抗推力顯著關聯，PZE_109038100、PZE_109053667和PZE_109030486均位于Li等定位的PZE-109058177—PZE-10907676區間，并且在染色體框9.03中檢測的3個SNP，在棗莊、青州、膠州等地都被檢測到相同的染色體位置，具有較高的可信度。染色體框4.08、8.03和6.04均都被檢測到多個SNP，染色體框8.03中被檢測到共有4個SNP，包括2015年棗莊環境中的檢測到PZE_108026930、SYN19532和2016年棗莊PZE_108048987、PZE_108050769共4個SNP，并且與Hu等[24]利用B73×Ce03005建立的重組自交系群體檢測到phi100175-umc1562的染色體區段一致。染色框4.08有3個SNP，分別在2015年棗莊、2016年棗莊和2016年膠州被檢測到，同時Flint-Garcia等[25]以4個F2:3玉米群體為研究材料，對莖稈穿刺強度進行了QTL分析，相關位點也定位到染色體框4.08。本研究在多個環境中定位區間存在重疊現象，表明這些染色體框有可在不同環境或不同群體穩定表達的QTL。Hu等[24]利用B73與玉米自交系Ce03005創建RIL群體，進行莖稈穿刺強度測定，結果中檢測到了相同的染色體框。因此，通過群體間基因定位結果相互驗證，表明該QTL在不同環境和群體間表達的穩定性以及檢測結果的可靠性。本研究共檢測出5候選基因，為下一步研究抗倒伏奠定了基礎。

3.2 候選基因分析

共檢測出5個候選基因，GRMZM2G504401編碼幾丁質酶A，幾丁質是由1 000—3 000個N-乙酰葡萄糖胺殘基通過β-1,4糖苷鍵構成的聚合物。在植物與病原物的相互作用中，幾丁質的降解產物N-乙酰葡萄糖胺可通過相關的分子模式的作用激發植物對病原物的防衛反應[26]。擬南芥受體激At CERK1的胞外區3個賴氨酸基序與幾丁質寡糖結合，激活植物免疫反應，并且幾丁質誘導的At CERK1的二聚化可激發At CERK1介導的信號途徑[27]。玉米莖稈中存在幾丁質酶受體蛋白能有效的防御外來侵害。GRMZM2G062974編碼產物是bZIP轉錄因子超家族的蛋白，b ZIP蛋白存在于真核生物中一類重要的TF，廣泛存在于動物、植物等真核生物中[28]。GRMZM2G348551編碼可溶性淀粉合成酶，參與糖類代謝途徑，可能與莖稈強度有關。Keeling等[29]認為，可溶性淀粉酶是控制淀粉積累的關鍵酶。GRMZM2G024260編碼腺嘌呤核苷酸水解酶超家族蛋白，植物核糖核酸酶作為RNA代謝關鍵酶，環境和自然衰老都可使得該酶活性增強，從而使玉米莖稈能夠抵御不良脅迫。GRMZM2G053767編碼核糖體40s亞基S4類蛋白，核糖體蛋白是核糖體的重要組成部分，主要參與細胞內的重要活動，并且對核糖體轉錄效率及穩定性有重要作用。

3.3 莖稈抗推力與4個農藝性狀的相關性分析

豐光等[1]以3個玉米品種為材料，研究莖稈性狀與倒伏的關系，結果表明莖粗、株高和穗位高與倒伏有極顯著相關，莖粗和穗位高對莖稈倒伏相關性比較大，可以作為衡量玉米倒伏的指標。本研究在4個環境下，對莖稈抗推力與株高、穗位高、雄穗長、雄穗柄長做了相關性研究。研究發現在膠州、青州、菏澤莖稈抗推力與株高、穗位高呈顯著或極顯著相關，跟前人的結果一致，菏澤相關性不顯著，可能與環境有關。付志遠等[30]研究認為穗位高/株高可以作為衡量倒伏的一個重要指標，通過減小穗位高系數成為一種提高植株抗倒伏性的可行途徑。近幾年，在倒伏方面研究株高、穗位高、莖粗、莖節長的比較多，但是研究雄穗長雄穗柄長的相對較少。通過表3可知在棗莊、菏澤、青州，莖稈抗推力與雄穗長、雄穗柄長都有顯著的相關性，在以后倒伏方面的研究中，雄穗長、雄穗柄長也是影響因素。

4 結論

共檢測出16個與莖稈抗推力顯著相關的SNP（＜0.0001），獲得5個候選基因，分別是GRMZM2G504401、GRMZM2G062974、GRMZM2G053767、GRMZM2G348551和GRMZM2G024260。倒伏的發生可能會受到多種非生物脅迫的影響，GRMZM2G062974參與植物在逆境下的表達調控，GRMZM2G504401的表達會受到多種脅迫的誘導，響應多種生物或者非生物脅迫。倒伏的發生也會受到自身因素的影響，GRMZM2G348551參與糖代謝途徑，調控支鏈淀粉的合成，與細胞壁的形成有關。

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（責任編輯 李莉）

附表1 292份玉米自交系的材料名稱

Schedule 1 292 materials of maize inbred lines

序號No.中文名稱Chinese name英文名稱English name序號No.中文名稱Chinese name英文名稱English name序號No.中文名稱Chinese name英文名稱English name 1掖478Ye47837CML13CML1373LY022LY022 2早49Zao4938CML84CML8474LY023LY023 3E28E2839CML99CML9975LY024LY024 4B73B7340CML199 CML19976LY025LY025 544444441CML255CML25577LY026LY026 6P138P13842CML299CML29978LY028LY028 7P170P17043CML306CML30679LY029LY029 885385344CML385CML38580LY030LY030 97922792245D811D81181LY031LY031 10811628116246DH7823DH782382LY032LY032 11K12K1247Ex Ex 83LY033LY033 121/6海南Hainan1/648LY001LY00184LY034LY034 13吉846Ji84649LY002LY00285LY035LY035 14齊319Qi31950LY006LY00686LY036LY036 15青農105父本Qingnong105F51LY007LY00787LY037LY037 16青農105母本Qingnong105M52LY009LY00988LY038LY038 17京D24JingD2453LY010LY01089LY039LY039 18良玉88母Liangyu88m54LY013LY01390LY042LY042 1913甜-3(海南）13tian-355LY014LY01491LY044LY044 20319B319B56LY016LY01692LY045LY045 21335選335Xuan57LY017LY01793LY046LY046 22340G340G58LY018LY01894LY047LY047 23414系414Xi59LY019LY01995LY049LY049 24496WP496WP60LY020LY02096LY050LY050 2578599選78599Xuan61LY021LY02197LY054LY054 26LY055LY05562JH271JH27198K12HF304K12HF304 27LY056LY05663K12BK12B99K12HF76K12HF76 28LY057LY05764H901H901100K36K36 2987-2087-2065ML-3ML-3101K6H4057K6H4057 30K12-452K12-45266MLBJMLBJ102K6H6079K6H6079 31K12-512K12-51267MQ-3MQ-3103K6H6179K6H6179 32K12-526K12-52668MY-4MY-4104K6H6784K6H6784 33K12-76K12-7669MY6-8MY6-8105K6H9103K6H9103 34K12HF184K12HF18470NF-35NF-35106K8112K8112 35K910改K910G71TW263TW263107KN-1KN-1 36KHL88KHL8872TW623TW623108KN-1mKN-1m 109LY059LY059146L0167L0167183WYH-3WYH-3 110LY060LY060147L219L219184X178X178 111LY061LY061148L502-196L502-196185XD28XD28 112LY062LY062149LD3162LD3162186Y53Y53 113LY064LY064150LX9801LX9801187YM-8YM-8 114LY065LY065151M01M01188YWH67YWH67 115LY066LY066152M4M4189zm5535zm5535 116LY068LY068153MJ02MJ02190菲律賓-3FeiLB-3 117LY069LY069154ML-1ML-1191峰273Feng273 118LY070LY070155zm5536zm5536192撫96Fu96 119LY071LY071156zm5537zm5537193海Y18HaiY18 120LY073LY073157zm5538zm5538194海南-2Hainan-2 121LY074LY074158zm5539zm5539195華160Hua160 122LY11-11LY11-11159zm5540zm5540196華玉W13HuayuW13 123LYM1LYM1160zm5541zm5541197黃5Huang5 124LYM2LYM2161zm5542zm5542198黃515Huang515 125LYM3LYM3162zm5543zm5543199基礎1Jichu1 126LYM4LYM4163奧20-3Ao20-3200107-8107-8 127K12-146K12-146164奧894-2o894-2201吉M67jiM67 128K12-148K12-148165奧甜8210Bai515202吉早48Jizao48 129K12-160K12-160166白515Bai515203極早白Jizaobai 130K12-176K12-176167爆-1Bao-1204金海5選Jinhai5 131K12-272K12-272168本育15Benyu1520513H-34213H-342 132K12-386K12-386169昌7-2Chang7-2G20613H-375新父13H-375 133HO-3-4HO-3-4170超6XChao6X207遼3162Liao3162 134NF358NF358171朝白-1Zhaobai-1208遼3180Liao3180 135NLEBM-4NLEBM-4172沖17-2Chong17-2209聊玉20母本liaoyu20mu 136OA1207OA1207173沖17-2Chong17-2210鹿65Lu65 137P1211-6P1211-6174丹340 Dan340211美24242Mei24242 138488488175丹638Dan638212美338Mei338 139785785176丹638Dan638213美抗-1Meikang-1 140S122S122177丹998Dan998214美抗-2Meikang-2 141T123T123178丹sy3-1Dansy 3-1215美抗-3Meikang-3 142T29803T29803179丹黃25Danhuang25216美抗-4Meikang-4 143W42-2W42-2180都6607Du6607217美選Meixuan 144WLWL181菲律賓-1FeiLB-1218甜-4(德）Tian-4 145L01125L01125182WYH-2WYH-2219彭甜33-APengtian33-A 220齊205Qi205250農華101母Nonghua101m264新1391Xin1391 221齊318Qi318251農糯-2Nnuo-2265新DHXinDH 222107X107X252糯-3Nuo-3266巖103Yan103 22311N59711N597253糯-4Nuo-4267巖172Yan172 224129-2405129-2405254糯-5Nuo-5268254254 225熱BS11ReBS11255彭甜11-APengtian11-A269遺67Yi67 226仁白Renbai256系1-4Xi1-4270早10Zao10 227三團Santuan257夏514Xia514271早10Zao10 228山農206aShannong206a258夏844Xia844272招835Zhao835 229山農206bShannong206b259夏987Xia987273鄭0510Zheng0510 230陜814Shan814260夏996Xia996274鄭58GZheng58G 231沈137Shen137261先96Xian96275H231H231 232沈單16父Shendan16F262先鋒選XianfengXuan276H90H90 233沈玉88母Shengyu88m263先玉698選Xianyu698X277189189 234舜堯7號Shunyao7hao 264新1391Xin1391278BC2433BC2433 235孫1Sun1265新DHXinDH279BMBM 236孫2Sun2266巖103Yan103280230230 237孫3Sun3267巖172Yan172281D729D729 238甜06-261Tian06-261268254254282244244 239甜16Tian16269遺67Yi67283FC521FC521 240甜-2(德)Tian-2270早10Zao10284FR218FR218 241中102Zhong102271早10Zao10285ML-2ML-2 242中單909選Zhongdan909X256系1-4Xi1-4286鐵9010Tie9010 243中系09Zhongxi091257夏514Xia514287鐵98042Tie98042 244諸糯-7Zhunuo-7258夏844Xia844288鐵X98042TieX98042 245紫藥515Zyao515259夏987Xia987289鐵單9010Tiedan9010 24692黃4092Huang40260夏996Xia996290威海白Weihaibai 247A632A632261先96Xian96291魏1122Wei1122 248AMD43XAMD43X262先鋒選XianfengXuan292西星糯-6Xixingnuo-6 249菲律賓-2FeiLB-2263先玉698選Xianyu698X

Genome-wide Association Analysis of Maize Stalk Anti-thrust

MA QingMei1,3, PEI YuHe2,3, CHEN DongBin1,3,SONG XiYun2,3

(1College of Life Science, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, Shandong;2College of Agronomy and Plant Protection, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, Shandong;3Qingdao Key Laboratory of Major Crops, Germplasm Innovation and Application in Qingdao, Qingdao 266109, Shandong)

SNP loci related to stalk anti-thrust were detected by association analysis between genotype and phenotype data, so that various candidate genes related to stalk anti-thrust were explored.At present, genome-wide association analysis is widely used in the study of various traits in plants. In this study, 292 maize inbred lines were used as experimental materials, the determination of stalk anti-thrust was carried out in Heze, Zaozhuang, Qingzhou, Jiaozhou in 2015 and 2016. Besides, the plant height, ear height, tassel length and male spike length were measured. On the other hand, the DNA samples of the materials were extracted and then sent to Pioneer seed Products Ltd for genotyping by using MaizeSNP50 gene chip. The chip includes 55126 single nucleotide polymorphism (SNP) markers, after removing the markers whose heterozygous ratio was greater than 10%, loss rate was more than 20% and minimum allele frequency was less than 0.05, there were 25331 SNPs left.Combined with the use of farmCPU, genome-wide association analysis was carried out for analyzing stalk anti-thrust phenotype data, the SNP loci which were significantly related to thrust resistance of stem were detected. According to the physical location of the SNP, the region of the marker was located and then the corresponding candidate genes were obtained. Using SPSS statistics 20 data analysis software, the correlation analysis of plant height, ear height, tassel length and male spike length was carried out to determine the correlation between stem thrust resistance and the 4 traits. In addition, stalk anti-thrust was found to have a significant or extremely significant correlation with plant height, ear height, tassel length and male spike length, but the correlation in each environment was instable, which means that the environment might have a certain impact on the correlation.A total of 16 SNPs were found to be significantly correlated with stalk anti-thrust, which were located on chromosome box 3.06, 5.02, 4.08, 6.04 and 9.03. SNP loci detected in multiple environments were found to be located on the same chromosome box, for example, SNP loci PZE_108026930, SYN19532, PZE_108048987 and PZE_108050769 which were all found to be located on chromosome 8.03 were detected in Zaozhuang in 2015 and 2016. Moreover, PZE_103111295 and PZE_103125327 found to be located on chromosome 3.06 were detected in Qingzhou in 2015 and Zaozhuang in 2016. A total of 5 candidate genes GRMZM2G504401, GRMZM2G062974, GRMZM2G053767, GRMZM2G348551 and GRMZM2G024260 which encode basic endochitinase A, bZIP transcription factor superfamily protein, 40S ribosomal protein S4-like protein isoform X1, soluble starch synthase 2-3, adenine nucleotide alpha hydrolase-like superfamily protein were also obtained, respectively.GRMZM2G062974 is involved in the expression regulation of plants under stress and responds to a variety of abiotic stresses. GRMZM2G348551 participates in the pathway of glucose metabolism and regulates the synthesis of amylopectin, which is involved in the formation of cell walls. GRMZM2G504401 is induced by biotic or abiotic stresses in plant. Lodging is affected by its own or a variety of stresses, and the functions of these genes are compatible with lodging resistance, so future studies should focus on the function of these genes.

maize; stalk anti-thrust; genome-wide association analysis; candidate gene

2017-05-10；

2017-06-12

國家自然科學基金（31371636）、山東省現代農業產業體系玉米產業創新團隊首席專家（SDAIT-02-01）

馬青美，Tel：17864238915；E-mail：1181543890@qq.com。

宋希云，Tel：0532-86080002；E-mail：songxy@qua.edu.cn