玉米是全球最重要的糧食與飼料作物之一，其產量和品質直接關系到糧食安全和農業可持續發展。近日，中國農業科學院作物科學研究所聯合青島農業大學等單位在《生物技術通報(英文)》(aBIOTECH)發表了研究論文。該研究系統分析了2448份玉米自交系在三個生態環境下的表型表現，通過整合單性狀GWAS、多性狀聯合分析(MTAG)和遺傳網絡構建等手段，深入挖掘了18個關鍵農藝性狀的遺傳基礎，識別出多個具有多效性的調控基因，并揭示了性狀間潛在的遺傳關聯與共調控網絡。

　　玉米。

　　aBIOTECH供圖

　　玉米的農藝性狀具有典型的數量性狀特征，如株高、穗位高、開花期、穗長、籽粒行數等，受多基因調控并受到環境強烈影響。這些性狀不僅自身遺傳機制復雜，還在生長發育過程中相互影響，常呈現出明顯的遺傳互作與多效性特征，即單一基因能夠同時調控多個表型性狀。傳統的單性狀全基因組關聯分析(GWAS)方法多以單一性狀為研究對象，難以全面揭示性狀之間潛在的遺傳關聯和共調控機制。

　　研究首先開展單性狀GWAS分析，共識別出558個與18個性狀顯著相關的SNP位點，并定位到457個候選基因。進一步進行多性狀聯合分析，共檢測到546個顯著SNP，其中182個位點為單性狀GWAS未能識別的新位點。

　　深入分析顯示，上述位點在不同性狀間具有較高的共享性，并廣泛參與細胞分裂、激素信號轉導和代謝合成等關鍵生物學過程，暗示這些基因可能在株型構建、開花調控及產量形成等多個環節發揮協同作用。這些結果為解析玉米復雜性狀的遺傳互作機制奠定了基礎。

　　研究團隊進一步構建了基于上述結果的遺傳網絡圖譜。結果顯示，多個數量現狀遺傳位點(QTL)區域同時調控多個性狀。研究共檢測出49個“樞紐QTL”，這些“樞紐QTL”在網絡中連接2個及以上性狀，可作為開展多性狀聯合改良的重要靶標。

　　該研究不僅提出了整合GWAS與多性狀分析的新策略，還建立了玉米農藝性狀間遺傳互作網絡圖譜，為發掘多效性基因、理解復雜性狀調控網絡以及開展智能設計育種提供了重要理論支撐。

　　該研究得到了國家重點研發計劃、中國農業科學院科技創新工程等項目資助。