玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析及候選基因篩選

王幫太，楊美麗，郭 華，王 靜，王志紅，鹿紅衛(wèi)，程建梅，秦貴文，陳甲法

（1.鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南鶴壁 458031；2.河南省玉米良種培育工程技術(shù)研究中心，河南鶴壁 458031；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)院，河南鄭州 450002）

玉米是世界上主要的糧飼作物之一，優(yōu)質(zhì)的青貯玉米具備較高的淀粉、蛋白質(zhì)含量和較低的纖維含量等特征[1]。玉米莖稈占整株產(chǎn)量的50%以上，是玉米個(gè)體的重要器官。青貯玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀主要包括中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）、粗蛋白（CP）、脂肪含量（FAT）、消化率（IVDMD）和可溶性糖（WSC）等主要指標(biāo)。

1997 年，LüBBERSTEDT 等[2]利用測交群體開始對青貯玉米主要營養(yǎng)品質(zhì)性狀進(jìn)行QTL 定位研究，檢測到4 個(gè)粗蛋白產(chǎn)量和10 個(gè)粗蛋白含量QTL信息，可解釋表型變異在48.3%～85.3%；MéCHIN等[3]在青貯玉米重組自交系群體中定位到28 個(gè)與中性洗滌纖維、酸性洗滌木質(zhì)素和消化率等性狀的QTL，分布在1、4、6、7 號染色體上，可解釋9.8%～13.9%變型變異；CARDINAL 等[4]同樣以重組自交系群體在玉米葉鞘和莖稈中定位到31 個(gè)和23 個(gè)與NDF、ADF 含量相關(guān)的QTL；BARRIèRE 等[5-7]重點(diǎn)對木質(zhì)素含量QTL 進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其主要分布在bin1.02（76～80 cM）、bin1.07（228～230 cM）和bin8.07（134～142 cM）區(qū)域，在bin2.04 區(qū)域發(fā)現(xiàn)解釋表型變異43%的真實(shí)性木質(zhì)素QTL；隨著玉米全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)在性狀顯著性發(fā)掘和應(yīng)用，WANG等[8]以368 份自交系作為關(guān)聯(lián)群體，利用全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)，檢測到73 個(gè)ADF 顯著性SNP、41 個(gè)NDF 顯著性SNP 和82 個(gè)IVDMD 顯著性SNP，解釋變異4.2%～6.2%，篩選到56 個(gè)候選基因與青貯品質(zhì)相關(guān)。李燦[9]以338 份玉米自交系為材料，對ADF、NDF、IVDMD 和CP 等主要營養(yǎng)品質(zhì)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)掘4 個(gè)ADF、10 個(gè)NDF、3 個(gè)CP 和3 個(gè)IVDMD 顯著性SNP，并在顯著位點(diǎn)附近篩選到12 個(gè)相關(guān)性狀候選基因。李坤[10]在7 個(gè)環(huán)境條件下，以368 份玉米自交系為材料，檢測到64 個(gè)和69個(gè)分別與細(xì)胞壁組分和消化品質(zhì)性狀顯著關(guān)聯(lián)位點(diǎn)，并在關(guān)聯(lián)的候選基因中發(fā)現(xiàn)了ZmC3H2 與多個(gè)性狀顯著關(guān)聯(lián)，直接參與木質(zhì)素合成途徑。林淼等[1，11]以341 份玉米自交系為材料，分別對青貯玉米秸稈消化率和中性洗滌纖維含量進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，檢測到153 個(gè)IVDMD 顯著性SNP，69 個(gè)NDF顯著性SNP，共發(fā)掘38 個(gè)和IVDMD 關(guān)聯(lián)的候選基因，10 個(gè)和NDF 關(guān)聯(lián)的候選基因，主要涉及細(xì)胞生長發(fā)育、脅迫應(yīng)答和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等生物學(xué)功能。前人對玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析研究多集中在一年時(shí)間和固定生育期，還未見兩年時(shí)間和多個(gè)生育周期研究報(bào)道。

本研究以381 份玉米自交系組成自然群體，遺傳基礎(chǔ)豐富，采用基因型與玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀表型數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，在不同年份玉米不同生育期中找到控制玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀的顯著SNP 信息，進(jìn)而挖掘出相關(guān)候選基因，以期為培育優(yōu)質(zhì)的青貯玉米品種提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

選擇381 份玉米自交系組成供試群體材料，包含國內(nèi)骨干自交系和國際主要的優(yōu)勢群，群體材料由墨西哥國際玉米小麥改良中心（CIMMYT）收集提供。381 份材料含有普通玉米自交系235 份、爆裂玉米自交系58 份、糯玉米自交系材料88 份。2016 年、2017 年兩年時(shí)間，將381 份群體材料種植于鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)園區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)自交系材料種植2 行，行長5.0 m，行距0.6 m，株距0.2 m，3 個(gè)重復(fù)，田間生長按照正常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行管理。

1.2 表型數(shù)據(jù)測定方法和統(tǒng)計(jì)方法

在玉米抽雄期、灌漿期、成熟期對莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）、消化率（IVDMD）進(jìn)行測定，編號分別為2016 年NDF（16NDF1）、灌漿期（16NDF2）、成熟期（16NDF3），2016 年、2017 年其他性狀編號類同。每份供試自交系各生育期選取生長一致的3 棵植株，在第3 節(jié)上下莖節(jié)處剪斷取樣后在105 ℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行殺青30 min，65 ℃烘至恒重，用錘式粉碎機(jī)混合粉碎樣品，過0.5 mm 網(wǎng)篩，存放備用。利用近紅外光譜分析儀（BRUCK FT-NIR）對樣品NDF、ADF 和IVDMD進(jìn)行測定，將樣品放于直徑50 mm 的樣品測定杯中，每份樣品掃描3 次，取平均值。采用Excel 2007、DPS 7.05 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析及遺傳力計(jì)算。利用R 語言“CMplot”軟件包進(jìn)行相關(guān)性狀關(guān)聯(lián)圖的繪制（https：//github.com/YinLiLin/CMplot）。

1.3 基因型測定與全基因組關(guān)聯(lián)分析

2021 年，挑選儲存于-80 ℃超低溫冰箱中群體材料葉片236 份，采用磁珠法提取基因組DNA，完成DNA 濃度、純度和完整性檢測。由河北渥太華公司利用Maize SNP50 基因芯片進(jìn)行基因分型，該芯片包括500 000 個(gè)SNP 標(biāo)記，質(zhì)控后獲得461 053 個(gè)高質(zhì)量SNP 標(biāo)記進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析（圖1）。

圖1 包含461 053 個(gè)SNP 標(biāo)記的染色體密度圖Figure 1 The chromosome density map with 461 053 SNP markers

為充分挖掘玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀顯著性SNP信息，篩選更為真實(shí)性顯著SNP 位點(diǎn)，在考慮群體結(jié)構(gòu)和親緣關(guān)系的情況下，利用TASSEL V5.0 軟件[12]的廣義線性模型（GLM）和混合線性模型（MLM）2 種模型對不同年份玉米不同生育期莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀NDF、ADF 和IVDMD 進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，以群體結(jié)構(gòu)-主成分分析（principle component analysis，PCA）為固定效應(yīng)，親緣關(guān)系（kinship）作為隨機(jī)效應(yīng)。根據(jù)發(fā)表的相同關(guān)聯(lián)群體[9-11]Bonferroni 校正閾值GLM 模型選擇P<0.05/n，MLM 模型選擇P<1/n，n=標(biāo)記數(shù)量[13]，因此，本研究的閾值GLM 模型閾值為P<1.08×10-7，MLM 模型閾值為P<2.17×10-6。

1.4 候選基因的預(yù)測

以公共數(shù)據(jù)庫MaizeGDB（https：//www.maizegdb.org/genome/）B73 參考基因組（B73 RefGenv4）序列信息為參考，獲取顯著關(guān)聯(lián)SNP 的上、下游1 kb 范圍內(nèi)基因作為玉米第3 節(jié)莖稈相關(guān)性狀候選基因。在Uniprot 蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫對候選基因進(jìn)行注釋和功能預(yù)測（https：//www.uniprot.org/uniprotkb/）。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀表型分析

2016 年和2017 年玉米不同生育時(shí)期莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀基本描述統(tǒng)計(jì)和頻率分布圖見表1、圖2～圖7。由表1、圖2～圖7 可知，各性狀變異范圍較大，變異系數(shù)除16IVDMD3 和17IVDMD2 外均小于15%，表型多樣性較為豐富。各性狀偏度和峰度絕對值均小于1，結(jié)合性狀分布頻率直方圖，基本呈現(xiàn)正態(tài)分布態(tài)勢，符合典型的數(shù)量性狀特征。不同年份各生育期玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀的廣義遺傳力除16NDF 外均大于40%，說明這些性狀主要受遺傳因素影響。結(jié)合方差分析結(jié)果可知，年度內(nèi)不同性狀之間存在極顯著差異，各性狀也受部分環(huán)境因素的影響。

表1 年份間玉米不同生育時(shí)期莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀統(tǒng)計(jì)分析Table 1 Statistical analysis of maize stem nutritional quality traits in different growth stages between years

圖2 2016 年莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀（ADF）頻率分布圖Figure 2 Frequency distribution of stem nutritional quality traits（ADF）in 2016

圖3 2016 年莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀（NDF）頻率分布圖Figure 3 Frequency distribution of stem nutritional quality traits（NDF）in 2016

圖4 2016 年莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀（IVDMD）頻率分布圖Figure 4 Frequency distribution of stem nutritional quality traits（IVDMD）in 2016

圖5 2017 年莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀（ADF）頻率分布圖Figure 5 Frequency distribution of stem nutritional quality traits（ADF）in 2017

圖6 2017 年莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀（NDF）頻率分布圖Figure 6 Frequency distribution of stem nutritional quality traits（NDF）in 2017

圖7 2017 年莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀（IVDMD）頻率分布圖Figure 7 Frequency distribution of stem nutritional quality traits（IVDMD）in 2017

2.2 玉米不同生育期莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析

利用Tassel 5.0 軟件對測序的236 份玉米自交系兩年不同生育期的莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀分別進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，繪制曼哈頓圖和QQ 圖（圖8、圖9），利用GLM 模型分別對兩年不同生育期玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀進(jìn)行分析，2016 年在玉米10 條染色體上共檢測出207 個(gè)顯著關(guān)聯(lián)的SNP 位點(diǎn)，第1 號～第10 號染色體分別檢測出31、7、20、11、1、17、92、9、10 和9 個(gè)。檢測到的顯著性SNP 數(shù)ADF 為61 個(gè)（ADF1：60 個(gè)，ADF3：1 個(gè)）、NDF 為35 個(gè)（NDF1：35 個(gè)）、IVDMD 為111 個(gè)（IVDMD1：110 個(gè)，IVDMD3：1 個(gè)），表型變異解釋率9.69%～17.23%，其中表型解釋率最高的位點(diǎn)為8 號染色體的115 738 055，與IVDMD1 顯著關(guān)聯(lián)。2017 年在玉米10 條染色體上共檢測出185 個(gè)顯著關(guān)聯(lián)的SNPs 位點(diǎn)，第1 號～第10 號染色體分別檢測出36、15、13、24、6、13、45、15、7 和11 個(gè)。檢測到的顯著性SNP 數(shù)ADF 為39 個(gè)（ADF1：30 個(gè)，ADF2：9 個(gè)）、NDF 為85 個(gè)（NDF1：85 個(gè)）、IVDMD 為61 個(gè)（IVDMD1：59 個(gè)，IVDMD2：1 個(gè)，IVDMD3：1 個(gè)），表型變異解釋率10.40%～17.34%，其中表型解釋率最高的位點(diǎn)為1 號染色體的78 928 972，與IVDMD1 顯著關(guān)聯(lián)。

圖8 利用GLM 模型2016 年、2017 年玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀曼哈頓圖和QQ 圖Figure 8 The Manhattan map and QQ map of maize stem nutritional quality traits with GLM model in 2016 and 2017

利用MLM 模型（PCA＋K）對兩年不同生育期玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，2016 年在玉米10 條染色體上共檢測出11 個(gè)顯著關(guān)聯(lián)的SNPs 位點(diǎn)，分布在第1、4、5、6、7、9 號染色體上，檢測到的SNP 個(gè)數(shù)ADF 為2 個(gè)（ADF1：1 個(gè)，ADF3：1 個(gè)）、NDF 為2 個(gè)（NDF1：1 個(gè)，NDF3：1 個(gè)）、IVDMD 為7 個(gè)（IVDMD1：1 個(gè)，IVDMD2：4 個(gè)，IVDMD3：2 個(gè)），表型變異解釋率9.82%～11.94%，其中表型解釋率最高的位點(diǎn)為1 號染色體的101 479 365，與IVDMD2 顯著關(guān)聯(lián)。2017 年在玉米10 條染色體上共檢測出246 個(gè)顯著關(guān)聯(lián)的SNP 位點(diǎn)，第1 號～第10 號染色體分別檢測出23、20、16、56、36、21、20、12、7 和35 個(gè)。檢測到的顯著性SNP 數(shù)ADF 為2 個(gè)（ADF1：1 個(gè)，ADF3：1 個(gè)）、NDF 為242 個(gè)（NDF1：241 個(gè)，NDF2：1 個(gè)）、IVDMD 為2 個(gè)（IVDMD1：2 個(gè)），解釋表型變異為10.80%～20.20%，其中表型解釋率最高的位點(diǎn)為6 號染色體的156 196 975，與NDF1顯著關(guān)聯(lián)。

利用GLM 和MLM 模型進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，2 次以上獨(dú)立關(guān)聯(lián)分析檢測的玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀顯著性SNP 分別有97 個(gè)和17 個(gè)（表2），推測這些位點(diǎn)攜帶可在不同環(huán)境下穩(wěn)定調(diào)控玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀的重要基因；相同玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀不同生育期發(fā)現(xiàn)到2 次以上獨(dú)立關(guān)聯(lián)分析檢測到的SNP分別有9 個(gè)，推測這些位點(diǎn)可能攜帶玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀生長過程中重要基因，在多個(gè)生育期都持續(xù)表達(dá)，發(fā)揮作用；不同模型下相同玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀生育期發(fā)現(xiàn)到2 次以上獨(dú)立關(guān)聯(lián)分析檢測到的SNP 有14 個(gè)，推測這些位點(diǎn)攜帶的候選基因更能夠在玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀穩(wěn)定表達(dá)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)不同玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀有76 個(gè)相同顯著性SNP，這些位點(diǎn)可能為一因多效顯著性位點(diǎn)。這些SNP 針對玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀可被多次顯著關(guān)聯(lián)，屬于高可信度（high confidence，HC）SNP。其中，HC-SNP 位點(diǎn)2_61970473利用不同模型在兩年間不同生育期內(nèi)檢測到11 次與ADF、NDF、IVDMD 顯著相關(guān)，1_78928972 位點(diǎn)檢測到7次與ADF、NDF、IVDMD 顯著相關(guān)，并且檢測到7_147043382～7_148071053 區(qū)段內(nèi)聚集著不同模型發(fā)掘的48 個(gè)與莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀顯著SNP，這個(gè)區(qū)段可能為玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀相關(guān)基因富集區(qū)域。

表2 利用模型分析2 次以上獨(dú)立關(guān)聯(lián)分析檢測到的顯著性SNP 信息Table 2 Significant SNP information detected by more than 2 independent association analyses using model analysis

2.3 玉米莖稈相關(guān)性狀關(guān)聯(lián)基因分析

基于2 種模型關(guān)聯(lián)的649 個(gè)玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀顯著性SNP 位點(diǎn)上下游1 kb 范圍內(nèi)進(jìn)行候選基因的篩選預(yù)測，結(jié)合基因功能注釋共鑒定出159 個(gè)候選基因（表3），其中有43 個(gè)候選基因被2 次以上重復(fù)檢測到，這些基因可能為玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀的高可信度關(guān)聯(lián)基因。利用GLM 模型共獲得77 個(gè)候選基因，它們大多數(shù)編碼酶類、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白和轉(zhuǎn)錄因子。利用MLM 模型共獲得82 個(gè)候選基因，其中與GLM 模型候選基因重合的有10 個(gè)，它們大多數(shù)編碼產(chǎn)物為合成蛋白、激酶參與無機(jī)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝。同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn)29 個(gè)未知功能基因?yàn)?Zm00001d026565、Zm00001d023185、Zm00001d024649、Zm00001d024650、Zm00001d023970、Zm00001d023676、Zm00001d048287、Zm00001d008080、Zm00001d009180、Zm00001d021293、Zm00001d019026、Zm00001d019024、Zm00001d019023、Zm00001d019013、Zm00001d001384、Zm00001d001641、Zm00001d001606、Zm00001d014857、Zm00001d014501、Zm00001d013952、Zm00001d054036、Zm00001d027026、Zm00001d053669、Zm00001d027025、Zm00001d050766、Zm00001d041952、Zm00001d000471、Zm00001d005084、Zm00001d029912。

2.4 高可信度關(guān)聯(lián)基因鑒定和功能分析

利用2 種模型共有43 個(gè)候選基因被2 次以上重復(fù)檢測到，其中，Zm00001d021261 在多個(gè)位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)31 次與不同年份ADF、NDF 和IVDMD 相關(guān)聯(lián)，其編碼產(chǎn)物為ATP 結(jié)合蛋白，葉綠體傳感器激酶，在成熟期葉片中表達(dá)量最高；Zm00001d021255 在2 個(gè)位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)10 次與玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀相關(guān)聯(lián)，其編碼產(chǎn)物為富半胱氨酸受體樣蛋白激酶25，只在發(fā)育節(jié)間和雌穗中表達(dá)；Zm00001d029606 在位點(diǎn)1_78912383 發(fā)現(xiàn)6 次與玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀相關(guān)聯(lián)，其編碼產(chǎn)物為激酶類，參與MAPK 通路細(xì)胞信號調(diào)節(jié)作用，與病原體攻擊和其他應(yīng)激的反應(yīng)有關(guān)；Zm00001d021291 在位點(diǎn)7_148071053 發(fā)現(xiàn)6 次與玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀相關(guān)聯(lián)，其為調(diào)節(jié)器APRR9 響應(yīng)基因；Zm00001d026568，Zm00001d02-6569 同時(shí)在位點(diǎn)10_148732794 發(fā)現(xiàn)5 次與玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀相關(guān)聯(lián)，其編碼產(chǎn)物為三角狀五肽重復(fù)的蛋白質(zhì)和酰胺激酶，在葉片中表達(dá)量最高。Zm00001d041780，Zm00001d000617 同時(shí)在位點(diǎn)3_137592942 發(fā)現(xiàn)4 次與玉米ADF 和NDF性狀相關(guān)聯(lián)，其編碼產(chǎn)物為鋅指同源域蛋白4；Zm00001d039507 在位點(diǎn)3_6124686 發(fā)現(xiàn)4 次與玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀相關(guān)聯(lián)，其編碼產(chǎn)物為富半胱氨酸受體樣蛋白激酶26；Zm00001d033937 在位點(diǎn)1_279122467 發(fā)現(xiàn)4 次與玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀相關(guān)聯(lián)，在玉米胚乳中表達(dá)量最高。

3 討論

3.1 玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀顯著SNP 位點(diǎn)比較分析

采用GLM 和MLM 兩種模型關(guān)聯(lián)到包括98 個(gè)HC-SNP，通過比較國內(nèi)外玉米莖稈相關(guān)性狀遺傳定位結(jié)果進(jìn)行比較分析。李燦[9]在位點(diǎn)2_61856982、10_132526605 關(guān)聯(lián)到玉米莖稈ADF 性狀與本研究在位點(diǎn)2_ 61970473、10_136566105 關(guān)聯(lián)到兩年玉米莖稈ADF 性狀位點(diǎn)相近；李坤[10]在位點(diǎn)4_212042636、5_214950148、9_154310517 與本研究在位點(diǎn)4_223568479、5_209142766、9_157236166 關(guān)聯(lián)到的玉米莖稈ADF 性狀位點(diǎn)相近，在位點(diǎn)1_289067501、4_238963925、5_208726501、6_11214-0579、6_165811525、7_15004700 與本研究在位點(diǎn)1_286593168、4_239700521、5_209142766、6_10295-0077、6_167554233、7_15377961 關(guān)聯(lián)到的玉米莖稈IVDMD 性狀位點(diǎn)相近，在位點(diǎn)1_210484552、4_150890717、5_151630980、5_179270149、6_14896-1496、6_155653406、6_159384518 與本研究在位點(diǎn)1_212493921、4_153166802、5_155920231、5_18313-8128、6_151315534、6_155681347、6_160117741 關(guān)聯(lián)到的玉米莖稈NDF 性狀位點(diǎn)相近；林淼等[11]在位點(diǎn)1_253292068、2_192262471、5_168240423 與本研究在位點(diǎn)1_253671539、2_199745298、5_164599381 關(guān)聯(lián)到的玉米莖稈NDF 性狀位點(diǎn)相近；WANG 等[12]在位點(diǎn)6_155653406、4_104075114 關(guān)聯(lián)到的玉米莖稈NDF 與本研究在位點(diǎn)6_155681347、4_100978305 關(guān)聯(lián)到的玉米莖稈NDF 性狀位點(diǎn)相近；本研究中定位到的玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀顯著性SNP 區(qū)間與以往前人研究的相關(guān)性狀有較多的重合，這證明定位到的玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀的結(jié)果可靠性較高，適合進(jìn)一步對玉米莖稈相關(guān)性狀關(guān)鍵基因的挖掘[13]。另外，本研究檢測到的與以往研究不同的新的顯著性SNP 位點(diǎn)，特別是一些高可信度顯著SNP 位點(diǎn)以及表型解釋率在15%以上的高效顯著SNP，對于發(fā)掘出玉米莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀新的顯著性位點(diǎn)，進(jìn)而挖掘一些新的關(guān)聯(lián)基因具有重要意義。

3.2 玉米莖稈相關(guān)性狀關(guān)聯(lián)基因分析

在本研究中，IVDMD 的遺傳力估計(jì)值相對較高，兩年均大于50%，揭示了IVDMD 性狀的強(qiáng)大遺傳基礎(chǔ)。2016 年，ADF 與NDF 之間存在極顯著的正相關(guān)（r=0.97），ADF、NDF 與IVDMD 之間存在極顯著負(fù)相關(guān)（ADF：r=-0.93，NDF：r=-0.90），2017 年，ADF 與NDF 之間存在極顯著的正相關(guān)（r=0.92），ADF、NDF 與IVDMD 之間存在極顯著負(fù)相關(guān)（ADF：r=-0.89，NDF：r=-0.90），這表明高纖維含量的基因型種質(zhì)材料將難以消化[14]。

中性洗滌纖維組成成分包括全部的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素及少量硅酸鹽等雜質(zhì)[15]，酸性洗滌纖維組成成分包括全部的纖維素、木質(zhì)素和少量的酸不溶灰分等成分[16]，纖維素是植物細(xì)胞壁主要成分，而細(xì)胞壁作為一種復(fù)雜的基質(zhì)，多種酶家族會直接影響細(xì)胞壁物質(zhì)代謝和合成[17]，另外，脂肪酸代謝和脂質(zhì)代謝可能也會影響細(xì)胞壁合成。細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)還受動態(tài)的細(xì)胞骨架和細(xì)胞壁聚合物多種運(yùn)輸途徑的調(diào)節(jié)和組織影響[18]。玉米莖稈構(gòu)成主要有纖維素，還有少量糖類、無機(jī)鹽和水分，莖的側(cè)生分生組織開始分裂，束中形成層生長分化，莖稈開始加粗和伸長[19]。

本研究顯著性SNP 標(biāo)記重復(fù)關(guān)聯(lián)到的高可信度候選基因Zm00001d017867、Zm00001d048496、Zm00001d053713、Zm00001d0537、Zm00001d017867、Zm00001d038950、Zm00001d019075、Zm00001d038-570、Zm00001d016492 在前人的研究中都得到驗(yàn)證，與莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀相關(guān)，參與調(diào)控代謝物質(zhì)、細(xì)胞壁形成和物質(zhì)運(yùn)輸?shù)?，進(jìn)一步可影響莖的分化和皮層發(fā)育。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)了一些與莖稈相關(guān)性狀關(guān)聯(lián)的新的基因信息，在維持組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)、參與根莖的生長調(diào)節(jié)因子和輔酶家族的調(diào)控，特別提出的是Zm00001d029606 基因編碼產(chǎn)物為激酶類，參與MAPK 通路細(xì)胞信號調(diào)節(jié)作用，該蛋白激酶與對病原體攻擊和其他應(yīng)激的反應(yīng)有關(guān)[20]；Zm00001d021291 基因?yàn)檎{(diào)節(jié)器APRR9 響應(yīng)基因[20-25]；Zm00001d041780，Zm00001d000617 基因編碼產(chǎn)物為鋅指同源域蛋白4[26-27]。

4 結(jié)論

本研究利用461 053 個(gè)高質(zhì)量SNP 對236 份玉米自交系莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀A(yù)DF、NDF 和IVDMD 進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析。兩年環(huán)境下采用GLM 和MLM 兩種模型分別關(guān)聯(lián)到392 個(gè)和257 個(gè)莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀顯著性SNPs，表型變異解釋率為9.69%～20.20%。其中，2 種模型分別有97 個(gè)和17 個(gè)位點(diǎn)相同性狀各生育期發(fā)現(xiàn)到2 次以上獨(dú)立關(guān)聯(lián)分析顯著SNP，屬于HC-SNP。發(fā)現(xiàn)位點(diǎn)7_147043382～7_148071053 區(qū)段內(nèi)聚集著不同模型發(fā)現(xiàn)的48 個(gè)與莖稈營養(yǎng)品質(zhì)性狀顯著SNP，該區(qū)段屬于莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀關(guān)聯(lián)基因富集區(qū)域。結(jié)合基因功能注釋共鑒定出159 個(gè)候選關(guān)聯(lián)基因，其中有43 個(gè)候選基因被2 次以上重復(fù)檢測到。采用GLM和MLM 兩種模型可以快速、有效地關(guān)聯(lián)到與莖稈營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性狀顯著性位點(diǎn)，通過重復(fù)性顯著位點(diǎn)篩選出HC-SNP，進(jìn)而挖掘出關(guān)聯(lián)基因富集區(qū)域。