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玉米穗位叶对籽粒碳水化合物的供应极为重要,施氮不足显著降低穗位叶的叶绿素含量,最终导致产量的降低。因此,提高低氮条件下玉米穗位叶的持绿性对提高玉米氮肥利用效率具有重要意义。课题组前期通过两年大田试验筛选出一个包含低氮下玉米穗位叶持绿性QTL的单片段代换系1314,并且1314检测到低氮条件下生物量、氮含量、氮积累量以及根系性状的QTL。本研究在此基础上,以单片段代换系1314和轮回亲本许178为试验材料,对亲本及F1的穗位叶持绿性、光合作用以及碳氮代谢相关酶活性进行分析;同时构建1314和许178的F2分离群体,对F2群体在低氮条件下玉米穗位叶持绿表型进行鉴定,筛选极端单株,构建DNA混池,进行BSA分析,对低氮条件下玉米穗位叶持绿QTL进行定位,且结合前期转录组数据对候选片段内的基因进行了功能预测。主要研究结果如下:1、田间表型观察发现,不论高氮还是低氮条件下,代换系1314下部叶的黄化面积均高于许178和F1。吐丝后10天1314穗位叶的叶绿素含量显著低于轮回亲本许178和F1,表明代换系1314中的代换片段中含有控制穗位叶持绿的等位基因。对亲本穗位叶的光合速率进行分析发现,低氮条件下代换系1314的光合速率显著低于许178和F1,并且低氮条件下其穗位叶中氮代谢关键酶GOGAT和GDH酶活性也显著低于轮回亲本许178和F1。但是PEPC酶活性差异不显著。表明1314所含的持绿QTL与氮代谢关系密切。整体而言,代换系1314的各表型值均与供体亲本综3接近,而F,的表型与轮回亲本许178接近。2、在田间低氮条件下对4890个F2单株的持绿表型(SPAD值)进行分析,统计显示群体表型分布为正态分布,亲本表型在峰值的两侧,符合BSA-seq基因定位要求。挑选极端表型单株(高SPAD值和低SPAD值)各100株,构建极端混池,进行BSA测序分析,定位低氮条件下玉米穗位叶持绿相关的基因。3、对亲本许178和1314,以及高、低表型单株DNA混池共四个样品进行全基因组重测序,亲本测序深度为20×,混池测序深度为30×。测序共获得247.29Gbp数据量,过滤后为243.50 Gbp,Q30均大于93%,测序深度平均为28.15×,与参考基因组B73_v4平均比对效率为99.44%,数据质量可靠,可用于进一步的BSA分析。4、测序结果通过SNP和InDel关联分析,将低氮条件下玉米穗位叶持绿相关的基因定位到第6染色体的168720000～171110000片段内,该片段大小为2.39 Mb,包含322个基因。5、对候选片段内的322个基因进行GO和KEGG注释分析,有290个基因得到GO注释,其中在细胞组分中显著富集的有过氧化物酶体(G0:0005777)、泛素连接酶复合物(G0:0000151)等,在分子功能中显著富集的有ATP结合(G0:0005524)、蛋白激酶活性(G0:0004672)等,在生物过程中显著富集的有蛋白质进入过氧化物酶体基质(G0:0016558)、蛋白质磷酸化(G0:0006468)等。有83个基因注释到KEGG的氨基糖和核苷酸糖代谢、嘧啶代谢、核糖体生物发生、萜类骨架合成等通路中。6、利用课题组前期已有的许178高低氮条件下的转录组数据,对322个候选基因进行分析发现,低氮条件下,许178叶片在候选区域内有10个基因表达量上调,其中有8个基因在数据库得到注释,分别是Zm00001d039110(与钙离子结合有关)、Zm00001d039037(参与细胞内信号转导等功能)、Zm00001d039141(参与蛋白质磷酸化及调节酶活性等)、Zm00001d039102(参与氧化还原过程)、Zm00001d039016(参与细胞内蛋白质转运及信号转导等)、Zm00001d039090(参与蛋白质进入细胞核)、Zm00001d039142(与光合作用相关)和Zm00001d039052(参与碳水化合物的跨膜转运),后期将深入分析这些基因在玉米吐丝后穗位叶持绿中的作用。