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玉米是全球最重要的粮食与饲料作物之一，其产量和品质直接关系到粮食安全和农业可持续发展。近日，中国农业科学院作物科学研究所联合青岛农业大学等单位在《生物技术通报（英文）》（aBIOTECH）发表了研究论文。该研究系统分析了2448份玉米自交系在三个生态环境下的表型表现，通过整合单性状GWAS、多性状联合分析（MTAG）和遗传网络构建等手段，深入挖掘了18个关键农艺性状的遗传基础，识别出多个具有多效性的调控基因，并揭示了性状间潜在的遗传关联与共调控网络。
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玉米的农艺性状具有典型的数量性状特征，如株高、穗位高、开花期、穗长、籽粒行数等，受多基因调控并受到环境强烈影响。这些性状不仅自身遗传机制复杂，还在生长发育过程中相互影响，常呈现出明显的遗传互作与多效性特征，即单一基因能够同时调控多个表型性状。传统的单性状全基因组关联分析（GWAS）方法多以单一性状为研究对象，难以全面揭示性状之间潜在的遗传关联和共调控机制。
研究首先开展单性状GWAS分析，共识别出558个与18个性状显著相关的SNP位点，并定位到457个候选基因。进一步进行多性状联合分析，共检测到546个显著SNP，其中182个位点为单性状GWAS未能识别的新位点。
深入分析显示，上述位点在不同性状间具有较高的共享性，并广泛参与细胞分裂、激素信号转导和代谢合成等关键生物学过程，暗示这些基因可能在株型构建、开花调控及产量形成等多个环节发挥协同作用。这些结果为解析玉米复杂性状的遗传互作机制奠定了基础。
研究团队进一步构建了基于上述结果的遗传网络图谱。结果显示，多个数量现状遗传位点（QTL）区域同时调控多个性状。研究共检测出49个“枢纽QTL”，这些“枢纽QTL”在网络中连接2个及以上性状，可作为开展多性状联合改良的重要靶标。
该研究不仅提出了整合GWAS与多性状分析的新策略，还建立了玉米农艺性状间遗传互作网络图谱，为发掘多效性基因、理解复杂性状调控网络以及开展智能设计育种提供了重要理论支撑。
该研究得到了国家重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程等项目资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s42994-025-00241-4