【摘 要】
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全球工业化发展导致的土壤镉（Cd）污染严重影响了农业绿色可持续发展。玉米（Zea mays L.）作为一种重要的饲料和粮食作物,对Cd的耐受性在不同基因型间差异较大,因此,解析玉米耐Cd遗传基础,培育玉米抗Cd品种成为目前应对Cd污染的重要手段。本研究以一套具有广泛遗传变异的327份玉米自交系组成的关联群体为材料,利用水培法,通过测定Cd处理下（CdCl2200mg/L）幼苗叶片中丙二醛含量（MD
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全球工业化发展导致的土壤镉（Cd）污染严重影响了农业绿色可持续发展。玉米（Zea mays L.）作为一种重要的饲料和粮食作物,对Cd的耐受性在不同基因型间差异较大,因此,解析玉米耐Cd遗传基础,培育玉米抗Cd品种成为目前应对Cd污染的重要手段。本研究以一套具有广泛遗传变异的327份玉米自交系组成的关联群体为材料,利用水培法,通过测定Cd处理下（CdCl2200mg/L）幼苗叶片中丙二醛含量（MDA）和叶绿素含量（SPAD）相对值的变化来反映不同玉米自交系对Cd的耐受性,在计算其最佳线性无偏预测（BLUP）值的基础上进行全基因组关联分析（GWAS）,定位出与玉米耐Cd显著相关的单核苷酸多态性（SNP）位点,筛选耐Cd候选基因,为解析玉米响应Cd胁迫的遗传机制提供理论基础。本研究主要结果如下:（1）Cd处理下,327份玉米关联群体苗期叶片中MDA含量和SPAD相对值变化的数据都表现出高遗传力,说明玉米响应Cd胁迫主要由遗传因素控制。群体结构对Cd处理后SPAD值的变异效应不显著,而温带自交系有相对较小的MDA值,表明温带自交系有较强的耐Cd性。（2）对Cd处理后玉米自交系群体的两个指标进行GWAS分析,共定位到40个显著SNP位点,其中根据MDA含量变化定位到22个显著SNP位点,分别位于1号、3号、6号、7号和9号染色体;根据SPAD值变化定位到18个SNP位点,分别位于1号、3号、4号、7号和8号染色体,两部分SNP位点之间没有重叠。有8个显著性相关SNPs所解释的表型变异值大于10%,说明这两个响应Cd胁迫的指标主要受“主效+微效基因”模型控制。（3）根据B73 V2参考基因组,分别在MDA和SPAD显著SNP位点所在位置上下游50kb范围内共找到40个基因,有34个与拟南芥或水稻同源的基因被注释。根据注释信息和表达量分析,共获得10个响应Cd胁迫的候选基因,分别为Zm00001d034015、Zm00001d034017、Zm00001d029074、Zm00001d029075、Zm00001d032103、Zm00001d029778、Zm00001d027516、Zm00001d027518、Zm00001d000227和Zm00001d030103。（4）在10个候选基因中,Zm00001d034015和Zm00001d030103位于显著SNP位点上,都参与木葡聚糖代谢过程,且Zm00001d034015在玉米根中高表达。其余8个基因均在其他显著SNP标记上下游50kb范围内,分别通过参与信号转导、糖代谢、结合金属离子等过程来响应Cd胁迫。其中Zm00001d034017、Zm00001d029778和Zm00001d032103在Cd处理下B73叶片中显著上调,分别参与葡萄糖分解、金属离子结合和苯丙烷代谢过程;Zm00001d027516也参与金属离子结合过程;Zm00001d029074和Zm00001d000227分别参与植物叶绿素合成和木葡聚糖代谢过程,且Zm00001d029074在顶叶中特异表达;Zm00001d029075参与信号转导过程;Zm00001d027518参与叶绿体信号识别过程,并在玉米顶叶中高表达,表明该基因与光合作用密切相关。
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