玉米α-醇溶蛋白基因eQTL定位及调控网络解析

Zein is a key determinant of maize grain quality. Our previous study has found around ten loci responsible for grain protein content. Meanwhile, the GWAS of mRNA abundances of α-zein gene members reveals the expression of different members may be regulated by different loci and mechanism in maize. To ensure the genetic basis controlling Zein synthesis, we are aiming to dissect the underlying genetic mechanism by using an integrative approach which combines QTL, eQTL and coexpression network methods. The detailed QTL loci information for 19kDa and 22kDa α-Zein will be obtained. Also we will combine PacBio and RNAseq technologies to accurately distinguish the expression profiling of individual Zein gene members of 19kDa and 22kDa for locate the responding cis/trans regions. The coexpression analyses with key candidate genes will help us uncover highly-interwoven network communities governing zein syntheses in maize.

玉米籽粒醇溶蛋白含量对优质玉米品质形成至关重要。项目前期利用高低蛋白含量玉米的重组自交系群体对籽粒总蛋白进行QTL定位，确定了近十个候选遗传位点。同时对α-醇溶蛋白基因eGWAS分析后发现，不同α-醇溶蛋白基因的表达可能受到不同的遗传位点和机制调控。为进一步解析α-醇溶蛋白合成的遗传基础，本项目拟结合QTL、eQTL定位与共表达网络方法，明确控制玉米α-醇溶蛋白含量的基因（位点）及相应的遗传机制。首先，对玉米籽粒19kDa和22kDa α-醇溶蛋白的相对含量分别进行QTL定位，挖掘控制性状的关键候选基因。然后，对籽粒发育中期进行PacBio和RNA-Seq测序，确定不同α-醇溶蛋白基因的表达丰度，对不同基因分别进行eQTL定位，确定cis/trans-eQTL及热点区域；随后，构建候选基因共表达调控网络，系统解析α-醇溶蛋白积累的分子遗传机理，为我国玉米品质性状标记辅助育种提供基础。

玉米籽粒醇溶蛋白含量对优质蛋白玉米育种形成至关重要。本研究结合QTL、eQTL、基因表达调控网络结果，构建了较为完善的α-醇溶蛋白遗传调控网络。经过连续两年三点的表型测定和QTL分析，结果发现了24个QTLs，其中6个QTL位点同时与19KDa和22KDa醇溶蛋白含量连锁相关，10个QTL位点为19KDa含量特异的，而其他8个QTLs则相关与22KDa醇溶蛋白含量。其中染色体3号QTL在多组QTL定位分析中均表现为显著，表型贡献率分别达11.6%，该位点也出现在前期的蛋白性状metaQTL（MQTL）结构中。eQTL结果则发现了多个调控α-Zein蛋白基因表达的反式调控位点，同时首次鉴定发现了54个与醇溶蛋白基因表达高度相关的关键LncRNAs。本研究还基于高可信度的QTL位点，开发了22个InDels和151个SNPs分子标记，为解析玉米蛋白含量的遗传基础、功能基因分析、分子标记开发及辅助育种等研究提供重要的基础。