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优质蛋白玉米(QPM)是过去作物育种领域中取得的最重要的成就之一,它的赖氨酸和色氨酸含量比普通玉米高,从而改善玉米蛋白质品质,营养价值堪与牛奶媲美,对饲料行业的发展具有突出贡献,但是胚乳修饰因子作用机理复杂,它面临的主要问题是如何把存在于热带种质中的多个非连锁的O2修饰因子导入到具有隐形纯合O2背景的骨干自交系中,因此新品种开发缓慢,寻找这些非连锁的O2修饰因子成为加快QPM育种的主要任务。目前,针对优质蛋白玉米修饰因子的研究主要围绕γ-zein和淀粉展开,但具体的修饰机理仍未清楚。已有的低分辨率的标记很难锁定O2修饰因子的具体物理位置,虽然在一定程度上能够辅助QPM育种但非常有限。同时玉米是令人难以置信的多样化物种,两个玉米基因组之间甚至有多达一半的不同,因此,玉米需要多个参考基因组来包含其所有的基因组信息,对于O2修饰基因及其恢复硬质胚乳机理的解析,建立优质蛋白玉米参考基因组也十分必要。因此,本研究的主要内容为利用464份普通玉米自交系和38份QPM玉米自交系组成的具有9,007,194个SNP位点的基因型数据对27-kDaγ-zein和直链淀粉含量进行全基因组关联分析,同时对CM105+、CM105O2(O2突变体)和CM105mo2(QPM)的RNAseq进行差异表达分析,目的在于找到更为精细的O2修饰因子区间和位点,进一步推动O2修饰因子的研究和发展。同时以K0326y为材料利用三代测序技术和bionano光学图谱技术构建高分辨的基因组和全长cDNA序列,为QPM玉米的研究提供充分的序列信息支持,进而加快O2修饰基因的定位,推动我国QPM育种的进程。本研究的主要结果有:(1)利用464份普通玉米自交系和38份QPM玉米自交系组成的具有9,007,194个SNP位点的基因型数据对27-kDa γ-zein和直链淀粉含量进行全基因组关联分析。其中,发现42个SNP与27-kDa γ-zein表达水平显著相关,在候选区间内存在编码27-kDa γ-zein 的基因 GRMZM2G138727 和编码 50-kDaγ-zein 的基因 GRMZM2G138689。去除 38份QPM材料直接对直链淀粉进行关联分析,其中最显著SNP候选区间内存在编码GBSSI的Waxy1基因,并挖掘出多个参与直链淀粉合成途径的基因。添加38份QPM玉米自交系再次对直链淀粉进行关联分析,发现13个新的SNP与直链淀粉含量显著相关。最显著SNP位点发生了改变,最主效候选基因变为MFS-like。两个MADS-box转录因子和ei13基因可能参与了 QPM硬质胚乳的形成。授粉后16天CM105O2和CM105mo2胚乳的RNAseq差异表达中独有的基因有15个与27-kDa γ-zein和直链淀粉含量的GWAS结果重合,其中MADSil在CM105mo2中上调,其可能调控γ-zein的表达和淀粉合成进而促进了 QPM玉米的形成。(2)利用GWAS群体的糯玉米材料,通过候选基因关联分析技术开发了 Waxy1基因内的三个选择标记:30-33 bp InDe11773和两个SNPs标记。InDel引物可直接通过3%浓度的琼脂糖凝胶电泳区分。使用两个SNPs开发KASP引物WXT和WXT2,我们验证其中WXT2引物分型效果最好,可以将糯玉米及非糯玉米很好的区分开,这种高通量的方法将在筛选糯性玉米材料中发挥重要作用。(3)使用PacBio三代测序技术和光学图谱技术对优质蛋白玉米K0326y基因组进行重头组装,最终组装出的基因组大小为2.14Gb和1221条contigs,大小与最新版B73参考基因组相当,contig N50是6.99 Mb,是最新版B73参考基因组contig N50(1.18 Mb)的6倍,我们组装的K0326y是目前完整度最高的玉米基因组,其最大的contig长度达到35 Mb。Contig数据进一步与Bionano光学图谱数据进行整合,scaffold N50可达28.5 Mb,最长的scaffold为69.3 Mb,几乎为平均染色体长度的三分之一。