现代育种过程中玉米根系结构变化的全基因组解剖

Genome-wide dissection of changes in maize root system architecture during modern breeding

Changes in RSA over the course of Chinese maize breeding

a、在GWAS面板中,关联人群中RSA的差异,4个环境(2个地点×2年)的380个玉米自交系的根系结构性状进行了表型分析,对每个样本测量8个根性状:开根角(ROA)、顶根角(RTA)、底根角(RBA)、根系统中间宽度(RMEW)、根系最大宽度(RMAW)、校正后的根宽度(ROIW)、投影根面积(AREA)和根凸壳面积(ACH)
b、中国不同时期玉米ROA、RMEW和AREA的价值,我们将该关联面板的中国自交系分为三个亚组4(方法)。与早期的自交系相比,新释放的自交系的根角更陡,根宽更窄
c、中国玉米育种中不同时期产生的代表性自交系,在我国现代育种过程中,玉米的根系结构可能变得更陡更窄,这些根系结构特征被提出促进玉米水分和氮吸收,提高对高密度种植的适应性

GWAS identification of candidate genes for variation in maize root RMAW. LD, linkage disequilibrium. d,e, ZmRSA3.1 and ZmRSA3.2 were identified traits

a、用GWAS分析的8个根性状的曼哈顿图谱。一些已知的基于GWAS和共表达分析。在我们的GWAS结果中发现,ZmRSA3.1与根相关基因共定位,相关位置在ACH和RMEW的50 kb内,而ZmRSA3.2与ROIW和RMAW共定位。snp(Fisher精确检验,P < 0.01)。利用CMLM模型计算了图2a中标记的已知雄穗5.0根相关基因的P值

鉴定了与8个根系性状相关的单核苷酸多态性(SNPs)

b、将这些snp在染色体上面的分布用图细致描绘

Profiling of selective sweeps during maize domestication, improvement and modern breeding

a、检测现代玉米育种过程中根系相关基因的间接选择,在现代中国的育种、驯化和改良过程中,分别筛选出GWAS候选基因81个、93个和59个基因
b、通过分析三个现代育种时代的全基因组选择信号,我们发现五,三个和七个已知的根相关基因间接选择在CN1980和90年代与CN1960和70年代,CN2000和10年代和CN1960和70年代,CN2000和10年代和CN1980和90年代,与驯化、改良和现代中国育种相关的显著GWAS位点和选择性扫频之间共享的基因数量
c、在CN1980和90s与CN1960和70s、100s、CN2000和10s、CN2000和90s的三个繁殖时期,分别选择了71、24和41个GWAS候选基因

The role of favourable alleles in the maize breeding process

a、不同育种时期玉米自交系60、70年代(=9)、1980、90年代(=80-80)和2000年(=4)中与陡峭根结构相关的有利等位基因数量
b、在GWAS鉴定的杂交种中,我们发现,在现代育种过程中,杂交基因所携带的有利等位基因的总数也显著增加
c、两个位点上,T等位基因变异与较小的根系角度、宽度和面积相关
d、在8个亲本中,叶丹13(YD13)、农大108(ND108)、正丹958(ZD958)和仙玉335(XY335)分别携带CT/CT、CT/TA、TT/CT和TT/TT等位基因组合。因此,4个杂交种所携带的有利等位基因(T)数分别为2、2、3和4个

Validation of two candidate genes associated with RSA

a、b、根结构图像(a)和统计(b),显示野生型和ZmRSA3.1和ZmRSA3.2过表达植物的ROA和根深度(深度)。为了获得整个玉米根系,在成丝阶段进行根系挖掘,当玉米根系不再肉眼可见时停止挖掘。“n”表示生物学上独立的样本的数量。条形图表示平均± s.d。
c,ZmRSA3.1和ZmRSA3.2的亚细胞定位分析。有代表性的图像被显示出来。每个实验独立重复四次,结果相似。比例尺,10 μm
d,野生型和ZmRSA3.1和ZmRSA3.2过表达植株的IAA浓度
e、ZmRSA3.1与zmarf之间的相互作用,(ZmARF4和ZmARF29)和ZmRSA3.2和ZmIAA38之间的关系通过酵母双杂交试验表明。ZmRSA3.1和ZmRSA3.2的编码序列连接到pGBKT7载体生成pGBKT7-ZmRSA3.1和pGBKT7-ZmRSA3.2诱饵载体(BD-ZmRSA3.1和BD-ZmRSA3.2),编码序列ZmARF4ZmARF29和ZmIAA38连接到猎物载体pGADT7生成pGADT7-ARF4、pGADT7-ARF29和pGADT7-IAA38(AD-ARF4、AD-ARF29和AD-IAA38)。以载体pGBKT7p53/pGADT7-T和pGBKT7-Lam/pGADT7-T作为阳性对照和阴性对照(分别为Lamin-T和53-T)
f、从野生型和ZmRSA3.1和ZmRSA3.2过表达植物的根系转录组分析中得到的DEGs数量的维恩图。双尾学生t检验的P值用b和d表示。

| Genes that have been reported to affect the development of maize roots

以往的研究表明,玉米的RSA在驯化和改良过程中经历了显著的变化20-24。例如,两个已知的驯化基因(tb1和tga1)已被报道调控玉米根系的发育22,31。到目前为止,还没有进行系统的识别和比较,

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