2024年1月德克薩斯農(nóng)工大學(xué)AlperAdak等人在New Phytologist期刊發(fā)布了題為“Deciphering temporal growth patterns imaize:integrative modeling of phenotype dynamics andunerlying?genomic variations”的文章，該文章基于高通量表型分析和基因組學(xué)方法，揭示了玉米在不同環(huán)境下的生長模式及其遺傳基礎(chǔ)。

該研究通過高斯峰值模型和功能主成分分析(FPCA)對兩個玉米群體(包含515個重組自交系的群體和包含1090個雜交種的群體)的歸一化綠紅差異指數(shù)(NGRDI)時間序列數(shù)據(jù)進行了建模分析。

關(guān)鍵方法

圖像提取：使用無人機捕捉圖像，并通過軟件創(chuàng)建正射影像，提取NGRDI植被指數(shù)。

數(shù)量性狀位點(QTL)分析：通過區(qū)間映射方法識別與歸一化綠紅差異指數(shù)值相關(guān)的自交系，并分析其加性效應(yīng)(影響數(shù)量性狀的多個微效基因的基因型值的累加)與GDDs(是指在實際環(huán)境條件下，完成某一生育階段所經(jīng)歷的累積有效積溫值)的關(guān)系。

圖1.自交系群體時間表型數(shù)據(jù)的方差分解與NGRDI動態(tài)評估

圖2.雜交種群體時間表型數(shù)據(jù)的方差分解與NGRDI動態(tài)評估

高斯峰模型和FPCA均能有效捕捉歸一化綠紅差異指數(shù)的時間變化(如鐘形曲線),且與BLUP(最優(yōu)無偏預(yù)測)值高度一致。其中重組自交系相關(guān)系數(shù)為0.94，雜交種相關(guān)系數(shù)為0.97。

圖3.高斯峰模型參數(shù)的遺傳差異

圖4.FPCA與QTL動態(tài)關(guān)聯(lián)

研究識別出多個與NGRDI值相關(guān)的QTLs，分別位于染色體1、2和8上，這些基因在植物生長發(fā)育中具有重要作用。brd1(Chr1):調(diào)控油菜素內(nèi)酯通路，影響株高可塑性;pin11(Chr2):參與生長素運輸，調(diào)控株高和生長速率。zcn8/rap2(Chr8):調(diào)控開花時間和花發(fā)育，與GDDs累積顯著相關(guān)。

圖5.QTLs定位結(jié)果

這些QTLs在不同生長階段表現(xiàn)出顯著的加性效應(yīng)，且與GDDs密切相關(guān)，揭示基因-環(huán)境互作對植物生長的動態(tài)調(diào)控。

圖6.QTL 加性效應(yīng)與生長階段及生長度日的關(guān)聯(lián)分析

本文通過高通量表型分析技術(shù)，研究了兩個不同玉米種群的生長模式，確定了共同的定量性狀位點。這些位點的加性效應(yīng)與積溫之間顯著相關(guān)，對作物改良策略具有啟示意義。

原文鏈接：doi:10.1111/nph.19575