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干旱是在全球范围内限制农业生产的主要非生物胁迫因素之一,加大玉米耐旱性研究力度,深入掌握玉米响应干旱胁迫的机理并挖掘相关耐旱基因,对玉米耐旱分子育种和粮食安全产生深远影响。本研究以国内10份骨干玉米自交系为材料,利用全基因组重测序技术综合分析基因组中的四种遗传变异类型,包括单核苷酸多态性(SNP),插入缺失标记(InDel),结构变异(SV)和拷贝数变异(CNV)。根据已知耐旱性分类的结果,筛选出与耐旱相关的遗传变异及其对应基因,并结合10份玉米自交系正常灌溉和干旱胁迫处理下转录组测序数据,筛选出对干旱胁迫显著响应的差异表达基因(Differentially expressed genes,DEG),统计分析候选基因在干旱胁迫前后的表达差异与基因组中SV和CNV两种变异的关系,以揭示不同耐旱性玉米自交系遗传变异与干旱胁迫响应的相互作用。主要研究结果如下:1、利用全基因组重测序(Whole-genome resequencing,WGS)技术,对10份玉米自交系基因组水平的遗传变异进行检测,共获得5,269万个SNP位点、1,017万个InDel位点、64万个SV位点和9.5万个CNV位点。通过对四种遗传变异进行主成分分析(PCA),说明自交系耐旱性与遗传变异的关系。2、将10份玉米自交系中的耐旱性类群和敏感性类群进行比较,得出两个分类之间存在差异的遗传变异共有648,552个,包含SNP、InDel和SV三种遗传变异类型,分别有551,903、96,345和304个。SNP为主要的遗传变异类型,包含6种突变类型,最多的为A-G类型,有198,295个,最少的为C-G类型,有31,040个。SV包含缺失(DEL)、反转(INV)、染色体间易位(CTX)和复杂的结构变异(UN)四种变异类型,分别有241、2、52和9个。进一步的注释分析表明,SNP、InDel和SV三种遗传变异均主要分布在基因间区。3、对不同耐旱性材料间的变异进行分析,筛选出干旱耐旱性材料和敏感性材料之间差异遗传变异所对应的表达基因作为候选基因。对10份玉米自交系正常灌溉和干旱胁迫处理下的样品进行转录组测序(RNA-seq),根据两种处理之间基因表达量的变化倍数(Fold change),获得差异表达基因共9,182个,包含3,082个上调基因(Up-regulated gene)和6,100个下调基因(Down-regulated gene)。两类不同耐旱性材料中差异显著的基因与通过对基因组变异筛选发现的候选基因有部分重叠,分别有19和34个。4、差异遗传变异对应的表达基因共14,935个,与随机挑选的对照基因进行比较,结果表明候选基因的表达量显著较高。对候选基因和对照基因在干旱胁迫下的表达量变化进行分析,结果显示自交系中上调表达基因所占比例差异不显著(除自交系X178),下调表达基因在自交系Ji81162、B73、Chang7-2、Tie7922和X178中差异显著;候选基因表达量的变化倍数的标准偏差显著较低。5、对干旱胁迫显著响应的候选基因进行GO富集分析,发现候选基因主要富集的功能有生物调节(Biological regulation)、RNA生物合成过程(RNA biosynthetic process)和非生物刺激应答(Response to abiotic stimulus),其中非生物刺激应答包含的基因可能是干旱胁迫响应的重要基因。候选基因中共有2,492个基因有已知的功能注释,主要包括结构蛋白、能量代谢、物质代谢、信号转导、氧化还原和转录调控等。6、分别对候选基因中SV和CNV两种遗传变异进行分析,统计发现候选基因上、下游区域(2Kb内)和基因内含子、外显子区域分别有64、47、22和30个SV位点;SV仅存在于敏感性类群中,经干旱胁迫后,耐旱性材料的基因表达量变化倍数更高。候选基因中CNV相关的表达基因有21,291个,其基因表达量显著高于随机选取的基因,而其表达量变化倍数的标准偏差低于随机选取的基因。随着拷贝数的增加,表达量呈下降的趋势。