The Crop Journal | 河南农大汤继华教授团队开发玉米产量杂种优势遗传关键调控基因EIN4
玉米是我国第一大粮食作物，在保障国家粮食安全和促进农业经济发展中具有举足轻重的地位。杂种优势利用是玉米高产育种的核心策略，也是突破产量瓶颈、提升生产效益的关键途径。穗行数、行粒数、单穗粒重等穗部相关性状是玉米单株产量形成的核心要素，解析其杂种优势遗传机制、挖掘关键调控基因，对培育高产玉米杂交种至关重要。

近日，河南农业大学汤继华教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“GWAS-based identification of heterosis-associated genes for yield traits in maize testcross populations”的研究论文。该研究利用自然群体和多个测交种构建的多组测交群体，结合全基因组关联分析，定位关键基因组区域并挖掘核心候选基因，成功鉴定到调控玉米穗部性状杂种优势的关键基因——乙烯信号通路基因EIN4，初步揭示其启动子变异调控产量杂种优势的分子机制，为玉米高产杂交育种提供重要理论依据与基因资源。

研究利用玉米自交系T121、EL101、T126、EW201分别与自然群体构建测交群体，测定穗部相关性状，计算其中亲优势值，各性状均表现强杂种优势（图1）。结合全基因组测序与全基因组关联分析（GWAS），共定位到94个与产量性状及杂种优势显著关联的基因组区域，44个关联产量性状、54个关联杂种优势，其中4个区域重叠（图2）；筛选获得389个候选基因，锁定乙烯信号通路关键基因EIN4，为调控果穗直径与穗行数杂种优势核心因子（图3）。进一步通过单倍型分析与变异验证，发现EIN4启动子区存在一个59-bp插入缺失变异，该变异与基因在杂交种中的非加性表达模式密切相关。Hap 3单倍型为优异单倍型，在纯合或杂合状态下均能显著提升玉米穗粗与穗行数，在不同遗传背景群体中表现稳定优势（图4和图5）。EMS诱变获得EIN4功能缺失突变体，其穗长杂种优势显著降低，证实EIN4存在关键调控作用（图6）。研究进一步验证EIN4介导乙烯信号通路，调控果穗发育与杂种优势形成（图7）。

图片图1 杂交群体玉米产量性状的表型分布及其中亲杂种优势值

图片图2 测交群体4个亲本自交系、关联作图群体（AMP）及F₁群体的基因分型分析

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图3 构建的4个玉米测交群体遗传多样性分析

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图4 玉米产量性状及其中亲杂种优势（MPH）的全基因组关联分析

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图5 候选基因的GO与KEGG富集分析

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图6 候选基因EIN4及其优异单倍型Hap 3对玉米产量性状的功能验证

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图7 EIN4的表达模式及EIN4突变体自交系与杂交种的表型鉴定 http://t.cn/AXaXDlvH