Integration of GWAS and WGCNA Identifies PUE‐Related Gene TaERF112 in Wheat

生物 候选基因 数量性状位点 全基因组关联研究 遗传学 基因 转录组 遗传关联 关联映射 特质 基因型 遗传变异 基因组 计算生物学 生物技术 表达数量性状基因座 植物育种 基于家系的QTL定位 遗传分析 错误发现率 主基因 农业 植物遗传学 分子育种 遗传标记 基因表达谱
作者
Pengcheng Li,Meini Song,Lirong Yao,Chengdao Li,Erjing Si,Baochun Li,Yaxiong Meng,Xiaole Ma,Ke Yang,Hong Zhang,Xunwu Shang,Xueyong Zhang,Juncheng Wang,Huajun Wang
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:49 (4): 1848-1863 被引量:1
标识
DOI:10.1111/pce.70332
摘要

Phosphorus (P) is a critical element that limits plant growth in agricultural and natural ecosystems, and its deficiency can significantly reduce wheat yield. We systematically evaluated the response of 296 natural wheat populations to low phosphate (Pi) stress at the seedling stage. Using genome-wide association studies with 190 892 single-nucleotide polymorphism markers, we identified 580 marker-trait associations that exhibited a significant association with low-Pi tolerance coefficients for 18 P use efficiency (PUE) related traits. This analysis revealed 44 multi-environment stable quantitative trait loci (QTLs) and 904 candidate genes. By integrating root transcriptome data from low-Pi tolerant and sensitive genotypes under low-Pi treatment for 3 days, 14 days, and post-Pi resupply for 4 days, we performed weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) to identify specific modules associated with PUE. Functional annotation and enrichment analysis identified four hub genes (TraesCS2A03G0333400, TraesCS2A03G0335700, TraesCS4B03G0787300 and TraesCS7D03G0752400) linked to PUE, among which TraesCS4B03G0787300 (TaERF112), a candidate gene for the stable QTL qRDW4B.1. Further validation through expression analysis and gene knockout experiments confirmed that TaERF112 positively regulates low-Pi tolerance in wheat seedlings. This study provides novel insights into the genetic and molecular basis of wheat PUE, offering a foundation for breeding P-efficient wheat varieties that enhance agricultural sustainability.
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