摘要
玉米白斑病(Maize white spot, MWS)是我国西南地区的一种新流行的病害，严重影响着玉米产量。然而，目前关于白斑病抗性种质资源筛选、抗性遗传机制和抗性基因定位及挖掘等方面的研究较少。因此，本研究以143份囊括热带、温带和温热等玉米自交系作为供试材料，基于包含约6万个单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms, SNPs)标记的Maize SNP 50芯片对其进行基因型鉴定，通过全基因组比较，筛选出骨干自交系QB512、QR273和HCL645及其衍生系的共祖性(Identical by descent, IBD)区段，并揭示其传递规律。同时，分别在云南白斑病发生较为严重的3个环境(文山壮族苗族自治州、石林彝族自治县和墨江哈尼族自治县)对该群体的白斑病抗性进行评价，并利用全基因组关联分析(Genome wide association study, GWAS)策略挖掘控制玉米白斑病抗性变异的关键位点。结合骨干区段和GWAS结果，利用逐步回归方法分析不同区段与白斑病抗性的相关关系，并揭示其效应；在此基础上，结合转录组数据分析并揭示与白斑病相关的候选基因，为后续的玉米骨干自交系培育、抗白斑病种质改良和抗性基因克隆等提供理论支撑。主要研究结果如下： 1. 不同环境下的白斑病鉴定结果显示，在143份玉米自交中，27份表现出高抗，有55份表现为抗，29份表现为中抗，17份表现为感，15份表现为高感。其中，QB512表现为高抗，QR273表现为抗，HCL645表现为高感。 2、群体结构分析结果表明，143份玉米自交系先被划分为Iodent、Suwan和温热改良系3大类群，进一步可被划分为9个亚群，分别以自交系HCL645、T32、QB446、QR273、黄早四(Huangzaosi)、QB512、郑58(Zheng58)、齐319(Qi319)和B73为代表。此外，结合表型鉴定结果发现，热带种质Suwan的白斑病抗性普遍优于温带玉米Iodent种质。 3. 基于基因型鉴定结果，利用GGT 32软件对QB512、QR273和HCL645及其衍生系进行全基因组比对，分别鉴定出299、318和311个不同骨干自交系的IBD片段。其中，QB512有225个特异性IBD片段，QR273有192个特异性IBD片段，HCL645有197个特异性IBD片段；此外，两两比较显示，QB512和QR273存在52个相同IBD片段，QB512和HCL645存在40个相同IBD片段，QR273和HCL645存在92个相同IBD片段。三重比较显示，在QB512、QR273和HCL645之间有18个相同IBD片段。 4. 基于混合线性模型(Mixed linear model, MLM)的GWAS发现，在石林、墨江和文山环境下分别检测到73、25和31个数量性状核苷酸(Quantitative trait nucleotides, QTNs)(P＜0.001)与白斑病显著相关。基于最佳线性无偏预测值(Best linear unbiased prediction, BLUP)的GWAS分析鉴定出30个与白斑病抗性显著相关的QTNs(P＜0.001)。此外，不同环境不同分析结果的比较共发现15个一致性QTNs，分别位于1号、2号、3号、4号和8号染色体上，其中，SYN10137和PZA00131.14位于QB512的IBD区段；同时，在QR273超过58%的后代中检测到SYN10137-PZA00131.14区域。 5. 利用差异表达基因(Differential expressed genes, DEGs)分析发现，与B73(高感)相比， QR273(抗)有2104个基因上调，3625个基因下调。主要涉及细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理、新陈代谢和生物体系统5个过程。 6. 整合抗性鉴定结果、IBD鉴定结果、GWAS结果和转录组数据，在关键遗传区段SYN10137-PZA00131.14中发现候选基因Zm00001d031875，其编码H(+)/Pi共转运体，并在抗性材料QR273中下调。
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