JIA 玉米研究合辑（2017）
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导读
本合辑集选 JIA 2017年出版的玉米研究相关论文，欢迎相关领域科研人员关注、转发、使用。
🌽 遗传 · 育种 · 种质资源 🌽
QTL mapping for leaf area in maize (Zea mays L.) under multi-environments
多环境下玉米叶面积的QTL定位
CUI Ting-ting, HE Kun-hui, CHANG Li-guo, ZHANG Xing-hua, XUE Ji-quan, LIU Jian-chao
本研究以中国玉米生产上广泛应用的优良自交系许178为母本、K12为父本杂交衍生的包含150个材料的F7代重组自交系群体为研究对象，进行叶面积QTL定位和多环境下的联合分析。本研究利用IciMapping V4.0软件，采用完备区间作图法，分别利用单环境下的表型数据和六个环境下表型数据的育种值（EBV）进行QTL定位。单环境分析下共检测到8 个控制叶面积的QTL，利用六个环境下的育种值（EBV）进行QTL定位，共检测到4个QTL位点，且这4个QTL至少可以在两个环境下被检测到，说明这四个QTL位点具有较高的遗传稳定性。其中位于第2染色体（bin 2.04/2.05）上的QTL（qTELA_2-9）在四个环境下均可以检测到，具有较高的贡献率（10.79-16.51%），是一个主效QTL，此位点有望在今后用于分子标记辅助育种。多环境下的联合分析结果发现6个叶面积QTL与环境之间存在互作效应和检测到9对存在上位性互作位点的QTL。研究结果表明，叶面积不仅受到加性遗传效应的影响，同时受到环境互作和上位性的影响。
Cite this article:
CUI Ting-ting, HE Kun-hui, CHANG Li-guo, ZHANG Xing-hua, XUE Ji-quan, LIU Jian-chao. QTL mapping for leaf area in maize (Zea mays L.) under multi-environments. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(04): 800-808.
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Dissection of the genetic architecture for tassel branch number by QTL analysis in two related populations in maize
基于两个相关群体利用QTL定位方法解析玉米雄穗分枝数的遗传结构
CHEN Zheng-jie, YANG Cong, TANG Deng-guo, ZHANG Lei, ZHANG Ling, QU Jing-tao, LIU Jian
玉米雄穗分枝数是玉米雄穗结构的重要组分，典型的数量性状，受多基因控制。以玉米自交系SICAU1212为共同亲本，分别与玉米自交系3237和B73构建了123个BC1S1家系及238个重组自交系（RIL）群体。构建遗传图谱，结合两年两点的表型鉴定，运用完备复合区间作图法（ICIM）对雄穗分枝数进行QTL定位。在BC1S1群体中，检测到11个与雄穗分枝数相关的QTLs，分布于第2、第3、第5、第7染色体上，解释的表型变异率在4.45-26.58%之间；其中，2个主效QTLs（qB11Jtbn2-1，qB12Ctbn2-1，qBJtbn2-1；q11JBtbn5-1，qB12Ctbn5-1，qBJtbn5-1）的表型变异率大于10%；分布于第2、第3、第5染色体上的3个QTLs在两个环境中均被检测到。在RIL群体中，检测到10个与雄穗分枝数相关的QTLs，分布于第2、第3、第5、第8染色体上，解释的表型变异率在2.69-13.58%之间；1个主效QTL（qR14Dtbn2-2）的表型变异率大于10%。在两个相关群体中，检测到1个不同遗传背景下稳定表达的“一致性”QTL（qB12Ctbn2-2，qR14Dtbn2-2，qRJtbn2-2）；检测到3对加性间互作或加性与非加性间互作的上位性效应，其解释的表型变异率在1.19-4.26%之间。这些结果表明雄穗分枝数变异主要受主效基因和微效基因控制，上位性起轻微调控作用。因此，雄穗分枝数的QTL分析有助于解析其遗传基础，促进其相关基因的图位克隆和在玉米育种实践中的分子标记辅助选择。
Cite this article:
CHEN Zheng-jie, YANG Cong, TANG Deng-guo, ZHANG Lei, ZHANG Ling, QU Jing-tao, LIU Jian. Dissection of the genetic architecture for tassel branch number by QTL analysis in two related populations in maize. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(07): 1432-1442.
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Exploring differentially expressed genes associated with fertility instability of S-type cytoplasmic male-sterility in maize by RNA-seq
利用RNA-Seq技术探索玉米CMS-S育性稳定性相关的差异表达基因
SU Ai-guo, SONG Wei, SHI Zi, ZHAO Yan-xin, XING Jin-feng, ZHANG Ru-yang, LI Chun-hui, LUO Meijie, WANG Ji-dong, ZHAO Jiu-ran
本研究中，我们评估了育性不稳定材料FIL-H不同组合，分别在中国北京和海南两个生长环境中的育性分离情况。结果表明，FIL-H的育性不稳定性受多个基因调控，且这些基因的表达易受环境因素影响。利用RNA-Seq技术，对FIL-H×京724组合在海南分离出现的部分恢复株和不育株，进行了基因表达谱分析。共鉴定得到2108个差异表达基因，包括在部分恢复株组中1951个上调表达基因和157个下调表达基因。基因富集分析表明，这些差异表达基因可能参与了很多生物学过程，如能量的产生与转化、碳水化合物的代谢和信号转导。此外，我们重点调查了部分恢复株和不育株中，与淀粉生物合成过程相关Starch and sucrose metabolism通路中的差异表达基因，发现涉及到了重要的催化酶，如ADP-G焦磷酸化酶、淀粉合成酶和淀粉分支酶。这些基因在部分恢复株中的上调表达，可能促进了淀粉在其花粉粒中的富集。本研究结果，为进一步揭示玉米CMS-S育性不稳定现象的分子机理奠定了重要的理论基础。
Cite this article:
SU Ai-guo, SONG Wei, SHI Zi, ZHAO Yan-xin, XING Jin-feng, ZHANG Ru-yang, LI Chun-hui, LUO Mei-jie, WANG Ji-dong, ZHAO Jiu-ran. Exploring differentially expressed genes associated with fertility instability of S-type cytoplasmic male-sterility in maize by RNA-seq. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 17(08): 1689-1699.
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Characterization and expression analysis of a novel RING-HC gene, ZmRHCP1, involved in brace root development and abiotic stress responses in maize
参与气生根发育与胁迫反应的玉米RING-HC型新基因ZmRHCP1的鉴定与表达分析
LI Wen-lan, SUN Qi, LI Wen-cai, YU Yan-li, ZHAO Meng, MENG Zhao-dong
本研究从玉米中分离得到一个编码RING-HC型蛋白的基因ZmRHCP1。该基因编码的蛋白含有310个氨基酸残基，包括一个保守的RING-HC 锌指结构域和两个跨膜结构域。ZmRHCP1基因在组织器官中呈组成型表达，但是在营养器官中的表达量高于在生殖器官中的表达量。ZmRHCP1基因在气生根中的表达模式暗示该基因在气生根起始过程中发挥作用。此外，ZmRHCP1基因的表达还受非生物胁迫调控。这些表达结果显示ZmRHCP1基因在气生根发育和非生物胁迫过程中发挥重要作用。本文的研究结果将为研究玉米中ZmRHCP1基因的功能提供重要信息。
Cite this article:
LI Wen-lan, SUN Qi, LI Wen-cai, YU Yan-li, ZHAO Meng, MENG Zhao-dong. Characterization and expression analysis of a novel RING-HC gene, ZmRHCP1, involved in brace root development and abiotic stress responses in maize. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(09): 1892-1899.
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Transgenic approaches for improving use efficiency of nitrogen, phosphorus and potassium in crops
利用转基因技术改良农作物氮磷钾养分利用效率的研究进展
TENG Wan, HE Xue, TONG Yi-ping
绿色革命以来粮食产量的增加很大程度上依赖化肥的使用。为缓解大量使用化肥所带来的资源与环境压力，需要新的绿色革命以改良农作物吸收利用氮、磷、钾等养分的效率。农作物吸收利用氮、磷、钾的效率受复杂的基因网络调控，参与和调控根系生长发育、以及养分元素吸收、再分配和同化的基因已被用于提高农作物的养分效率。
Cite this article:
TENG Wan, HE Xue, TONG Yi-ping. Transgenic approaches for improving use efficiency of nitrogen, phosphorus and potassium in crops. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(12): 2657-2673.
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Genomics-assisted breeding - A revolutionary strategy for crop improvement
全基因组辅助育种 - 作物改良的革命性策略
LENG Peng-fei, Thomas Lübberstedt, XU Ming-liang
生物和非生物胁迫造成作物产量损失，引起粮食短缺。随着分子生物学和分子标记技术的发展，极大加快了作物育种的进程，分子育种的新时代已经来临。高通量基因型鉴定和表型分析平台的建立，使得大规模标记-性状的关联，如全基因组关联分析，成为可能，从而精确解析作物性状的遗传结构。大规模重要农艺性状数量位点的定位，基因克隆和特征分析，优良等位基因/单倍型的挖掘，自然优良变异的开发利用，以及基因组选择为全基因组辅助育种铺平了道路。借助于越来越多作物基因组信息，全基因组辅助育种成为一种极具前景的方法来加快作物改良进程。
Cite this article:
LENG Peng-fei, Thomas Lübberstedt, XU Ming-liang. Genomics-assisted breeding - A revolutionary strategy for crop improvement. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(12): 2674-2685.
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🌽 生理 · 生化 · 耕作 · 栽培 🌽
Effect of leaf removal on photosynthetically active radiation distribution in maize canopy and stalk strength
玉米剪叶处理对冠层光分布及茎秆强度形成的影响
XUE Jun, GOU Ling, SHI Zhi-guo, ZHAO Ying-shan, ZHANG Wang-feng
大田条件下，在玉米不同冠层高度上剪去全部叶片或1/2叶片改变玉米的冠层光分布特征，研究玉米冠层光环境对茎秆强度形成和抗倒伏能力的影响。结果表明：抽雄期剪去棒三叶以上全部或1/2叶片（RAE或RAE/2）后，显著增强了穗位层的光照强度（PAR）和穗位至穗下1/2层的光截获量（IPAR），基部第3节间单位长度结构性碳水化合物含量显著增加，穿刺强度提高5.4%-11.6%，倒伏率下降4.2%-7.8%。抽雄前剪去棒三叶以下3片叶（RBE），显著降低了穗位至穗下1/2层的IPAR，基部第3节间单位长度结构性碳水化合物含量显著降低，穿刺强度降低9.1%-17.4%，倒伏率增加7.0%-11.2%；抽雄前剪去玉米冠层底部3片叶（RB），仅增加了冠层底部的PAR，第3节结构性碳水化合物含量、穿刺强度和倒伏率无显著变化。由此表明，穗位层PAR和穗位至穗下1/2层IPAR是影响玉米基部节间强度和抗倒伏能力的关键因素，增加穗位层PAR和穗位至穗下1/2层叶片IPAR，有利于促进基部节间结构性碳水化合物积累和机械强度形成，提高玉米抗倒伏能力。
Cite this article:
XUE Jun, GOU Ling, SHI Zhi-guo, ZHAO Ying-shan, ZHANG Wang-feng. Effect of leaf removal on photosynthetically active radiation distribution in maize canopy and stalk strength. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(01): 85-96.
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Top-grain filling characteristics at an early stage of maize (Zea mays L.) with different nitrogen use efficiencies
不同氮效率玉米顶部籽粒早期灌浆特性研究
SHEN Li-xia, HUANG Yan-kai, LI Ting
该研究针对不同氮效率玉米顶部籽粒发育的差异、顶部籽粒对不同氮素供应水平响应的不同、顶部籽粒发育与籽粒产量的关系，在大田条件下对3个不同氮效率玉米进行了2年不同供氮水平的对比试验，对玉米灌浆早期顶部籽粒的鲜重、体积、干重的变化进行了测定分析，玉米收获后对穗部性状和籽粒产量进行了测定比较，结果表明，高氮高效型玉米（低氮时产量较低，高氮时产量较高）顶部籽粒发育在N210, N240下较N120, N140好，低氮高效型玉米（低氮时产量较高，高氮时产量并不高）在低氮下籽粒发育较高氮下好，双高效型玉米（低氮、高氮下产量均较高）在低氮、高氮下籽粒发育均较好，差别较小。顶部籽粒早期发育良好，最终成熟时穗部性状和产量均较优。
Cite this article:
SHEN Li-xia, HUANG Yan-kai, LI Ting. Top-grain filling characteristics at an early stage of maize (Zea mays L.) with different nitrogen use efficiencies. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(03): 626-639.
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Simple nonlinear model for the relationship between maize yield and cumulative water amount
玉米产量和累积供水量间的简单非线性模型
LIU Cheng, SUN Bao-cheng, TANG Huai-jun, WANG Tian-yu, LI Yu, ZHANG Deng-feng, XIE Xiao-qing, SHI Yun-su, SONG Yan-chun, YANG Xiao-hong, LI Jian-sheng
本文在产量（Y）和水分（W）数量关系的基础上导出一个只有三个参数的简单模型：Y/Ym=Yk/(Yk+Whk) 。该模型可拟合作物产量和累积供水量间的S型曲线和饱和曲线关系。三个参数均有生物学含义：Ym为产量潜力, Wh是达到一半产量所需的供水量，k是水分敏感系数。用本文24个玉米品系试验数据和其他作者发表的17个品种试验数据对模型进行了验证。结果表明模型能很好地拟合数据：24个玉米品系的正态均方根（NRMSE）为2.8—17.8% (平均 7.2%)，17个品种的为2.7—12.7% (平均7.4%)。该模型解析表明，玉米的水分敏感性从大到小的阶段顺序为：散粉和吐丝期、抽雄期、拔节期、灌浆初期、种子萌发期、灌浆中期和灌浆中后期，该顺序与大田观察相符。该模型便于分析玉米的阶段水分敏感性和阶段耐旱性。
Cite this article:
LIU Cheng SUN Bao-cheng, TANG Huai-jun, WANG Tian-yu LI Yu, ZHANG Deng-feng, XIE Xiao-qing, SHI Yun-su, SONG Yan-chun, YANG Xiao-hong, LI Jian-sheng. Simple nonlinear model for the relationship between maize yield and cumulative water amount. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(04): 858-866.
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Relationship between population competitive intensity and yield in maize cultivars
玉米群体竞争强度与产量之间的关系
ZHAI Li-chao, XIE Rui-zhi, LI Shao-kun, FAN Pan-pan
本研究的主要目的是探究玉米群体的竞争能力与产量之间是否存在一定的关系。本研究通过采用替代系列试验设计进行了两年大田试验。研究发现，当两个不同的玉米品种混种在一起时，混种效应使现代玉米品种的产量降低，而使较老品种的产量增加。在每一个替代系列中，每个品种的单株产量以及混播群体的产量都随着较老品种比例的增加而降低，但是群体竞争压力则随着老品种比例的增加而增加，表明老品种具有较强的竞争能力。通过相关分析，玉米品种的生物产量、籽粒产量、收获指数、千粒重以及单株粒数与群体竞争压力之间均存在着负相关关系。研究结果表明，玉米品种间的竞争影响着玉米的产量，群体竞争压力的增大会降低同化物向籽粒中进行分配，最终降低产量。因此，玉米群体竞争强度与产量之间存在着负相关关系，在今后玉米育种过程中应培育个体竞争能力弱的具有理想株型的玉米品种。
Cite this article:
ZHAI Li-chao, XIE Rui-zhi, LI Shao-kun, FAN Pan-pan. Relationship between population competitive intensity and yield in maize cultivars. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(06): 1312-1321.
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Research progress on reduced lodging of high-yield and -density maize
密植高产玉米倒伏问题研究进展
XUE Jun, XIE Rui-zhi, ZHANG Wang-feng, WANG Ke-ru, HOU Peng, MING Bo, GOU Ling, LI Shao-kun
本文在前人对玉米倒伏问题研究的基础上，从植株形态、茎秆机械强度、茎秆解剖和生化特征、根系特征、病虫害、环境因素及遗传特征方面，分析了密植对评价和衡量玉米倒伏各个方面指标的影响及抗倒能力提高的可能途径；并基于现有研究基础，提出了进一步开展密植条件下玉米抗倒伏研究的设想，为玉米增密种植和安全生产提供支持。
Cite this article:
XUE Jun, XIE Rui-zhi, ZHANG Wang-feng, WANG Ke-ru, HOU Peng, MING Bo, GOU Ling, LI Shao-kun. Research progress on reduced lodging of high-yield and -density maize. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(12): 2717-2725.
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