大数据技术QTG-miner系统解析玉米雄穗分枝数遗传基础研究中取得新进展

华中农业大学植物科学技术学院李林教授课题组在Nature Communications在线发表了题为“QTG-Miner aids rapid dissection of the genetic base of tassel branch number in maize” 的研究论文，开发了一种快速批量克隆作物数量性状位点的新方法QTG-Miner，定位并克隆了7个玉米雄穗分枝数功能基因，构建了玉米雄穗分枝数的分子调控网络，并揭示了现代玉米遗传改良过程中雄穗分枝数性状的驯化选择情况。

QTG-Miner方法的流程包括QTL的初定位、单个QTL位点分离材料的筛选和测序及利用QTG-Miner进行候选基因的挖掘三个步骤（图1）。

图1 QTG-Miner的流程

利用QTG-Miner方法，作者实现了快速批量克隆玉米雄穗分枝数QTL位点，克隆了7个雄穗分枝数QTL位点的功能基因。利用EMS突变体对上述基因进行了表型验证。同时作者也对其中的两个基因（ZmKinesin和Zmhd-zip120）进行了基因敲除实验，进一步证实了候选基因的真实性（图2）。

图2 qTBN3-1和qTBN7-1候选基因的验证

进一步，作者构建了玉米雄穗分枝数的分子调控网络，GO富集分析发现网络中的基因显著富集在多个生物学途径中。新的雄穗分枝数分子调控网络为从全局层面理解雄穗分枝数性状的发育机理提供了思路，也为新基因的挖掘提供了方向（图3）。

图3 玉米雄穗分枝数分子网络图谱

作者也探究了现代玉米育种过程中雄穗分枝数基因的选择历程。以lrs1基因为例，该基因在现代玉米改良的过程中受到了强烈的选择，序列多态性显著降低，优良等位基因型在玉米中的占比显著增加，也使得现代育种自交系的雄穗分枝数持续减少。

图4 lrs1基因的选择分析

该研究开发了一种快速批量克隆作物数量性状位点的新方法QTG-Miner，为系统解析作物重要农艺性状的遗传基础提供了方法和思路。该方法同样适用于玉米以及其他物种的多个农艺性状，具有非常广泛的应用前景。华中农业大学博士研究生王席与李娟为论文的共同第一作者，华中农业大学李林教授为通讯作者。感谢齐鲁师范学院路小铎教授和中国农科院李慧慧研究员对于本课题提供的帮助和建议，感谢仲恺农业工程学院齐永文教授在原始数据收集上的帮助，感谢中国农科院张春义研究员和齐鲁师范学院路小铎教授构建的玉米EMS诱变突变体库。该研究得到了国家自然科学基金项目、海南省崖州湾种子实验室项目、湖北洪山实验室重大项目、华中农业大学科技自主创新基金项目的资助。