The Combination of Conventional QTL Analysis, Bulked-Segregant Analysis, and RNA-Sequencing Provide New Genetic Insights into Maize Mesocotyl Elongation under Multiple Deep-Seeding Environments

生物 数量性状位点 遗传学 大块分离分析 遗传分析 DNA测序 基因 播种 计算生物学 基因定位 农学 染色体
作者
Xiaoqiang Zhao,Yining Niu
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:23 (8): 4223-4223 被引量:12
标识
DOI:10.3390/ijms23084223
摘要

Mesocotyl length (MES) is an important trait that affects the emergence of maize seedlings after deep-seeding and is closely associated with abiotic stress. The elucidation of constitutive-QTLs (cQTLs) and candidate genes for MES and tightly molecular markers are thus of great importance in marker-assisted selection (MAS) breeding. Therefore, the objective of this study was to perform detailed genetic analysis of maize MES across 346 F2:3 families, 30/30 extreme bulks of an F2 population, and two parents by conventional QTL analysis, bulked-segregation analysis (BSA), and RNA-sequencing when maize was sown at the depths of 3, 15, and 20 cm, respectively. QTL analysis identified four major QTLs in Bin 1.09, Bin 3.04, Bin 4.06–4.07, and Bin 6.01 under two or more environments, which explained 2.89–13.97% of the phenotypic variance within a single environment. BSA results revealed the presence of seven significantly linked SNP/InDel regions on chromosomes 1 and 4, and six SNP/InDel regions and the major QTL of qMES4-1 overlapped and formed a cQTL, cQMES4, within the 160.98–176.22 Mb region. In total, 18,001 differentially expressed genes (DEGs) were identified across two parents by RNA-sequencing, and 24 of these genes were conserved core DEGs. Finally, we validated 15 candidate genes in cQMES4 to involve in cell wall structure, lignin biosyntheis, phytohormones (auxin, abscisic acid, brassinosteroid) signal transduction, circadian clock, and plant organ formation and development. Our findings provide a basis for MAS breeding and enhance our understanding of the deep-seeding tolerance of maize.
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