中国农业科学｜西北农林科技大学农学院薛吉全课题组挖掘玉米氮高效QTL与相关候选基因

玉米（Zea mays L.）是我国重要的粮食作物，随着经济的发展，对玉米的多样化需求也越来越多。氮素作为农作物物质生产的重要元素，其广泛的使用和种质的遗传改良显著地提升了玉米的单产。但由于我国氮肥的过量使用，加之品种氮利用率不高，使农田生态系统受到破坏，严重阻碍了农业的生产。因此，通过对玉米种质资源氮利用率的改良，以降低氮肥使用量，保障我国农业的可持续发展。

近期，西北农林科技大学农学院/西北旱区玉米生物学与遗传育种重点实验室薛吉全课题组完成的题为“玉米氮效率QTL定位和候选基因筛选”在《中国农业科学》2024年第57卷21期正式发表。

研究通过对KA105/KB024构建的重组自交系群体在不同氮素处理下的籽粒产量以及氮肥偏生产力、耐低氮系数、氮肥农学利用效率进行QTL定位分析，同时，结合亲本KA105在苗期低氮水平下的转录组数据筛选差异表达基因，利用共表达分析挖掘玉米氮效率候选基因，并利用qRT-PCR对筛选到的候选基因进行验证。

重组自交系群体不同氮效率性状的相关性分析及表型分布

通过定位分析，共检测到36个分布在不同染色体上的QTL，可解释1.63%—17.26%的表型变异。其中，鉴定到8个表型变异解释率超过10%的主效QTL，7个在不同性状或环境下共同被鉴定到的遗传稳定QTL。其中，位于第1染色体的qNNGYP1在前人研究中被多次检测到，其表型解释率可达11.73%，不同环境下多个QTL（qNNGYP1和qPFPN1）在此区间内被检测到，可作为重点区段进行更进一步的研究。

氮利用效率相关性状的QTL定位

基于转录组测序的QTL区间内候选基因表达分析

关键候选基因不同氮处理下的表达分析

结合苗期低氮胁迫下转录组数据，在QTL区间内共筛选到39个差异表达基因，进行共表达网络预测后，鉴定到6个节点基因作为候选基因，qRT-PCR结果显示，在2种氮处理下，候选基因的表达趋势与转录组数据相同。

综上，检测到36个QTL，分布于第1、4、5、7、8和9染色体上，其中，包含8个主效QTL（PVE>10%）。筛选到GRMZM2G366873、GRMZM2G414192、GRMZM2G414043、GRMZM2G040642可作为玉米氮效率候选基因。

西北农林科技大学硕士生韩旭东为论文第一作者，已毕业硕士生杨传奇为共同第一作者，刘建超讲师和徐淑兔副教授为论文通讯作者。团队成员张擎、李亚伟、杨夏夏、何佳甜等参与了论文的研究。薛吉全教授和张兴华研究员为本研究提供了重要指导。该研究得到了现代农业产业技术体系专项（CARS-02-77）、国家重点研发计划项目（2022YFD1900702）的资助。

论文链接：

《玉米氮效率QTL定位和候选基因筛选》

引用本文：

韩旭东, 杨传奇, 张擎, 李亚伟, 杨夏夏, 何佳甜, 薛吉全, 张兴华, 徐淑兔, 刘建超. 玉米氮效率QTL定位和候选基因筛选[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4175-4191.

HAN XuDong, YANG ChuanQi, ZHANG Qing, LI YaWei, YANG XiaXia, HE JiaTian, XUE JiQuan, ZHANG XingHua, XU ShuTu, LIU JianChao. QTL Mapping and Candidate Gene Screening for Nitrogen Use Efficiency in Maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(21): 4175-4191.