ゲノムワイド関連研究は、トウモロコシのクチクラワックス代謝に関連する遺伝子を特定します

植物のキューティクルは、植物の防御において、生物的および非生物的ストレスに対する防御に不可欠です。トウモロコシ（Zea Mays L.）の皮肉なワックス代謝の遺伝的構造を体系的に解明するために、2つのクチクラワックス関連特性、クロロフィル抽出速度（CER）および水損失率（WLR）が389のトウモロコシイン結系系統を調査しました。-wide Association Study（GWAS）は、125万ヌクレオチド多型（SNP）を使用して実施されました。合計で、各QTLの表現型の変動の5.57％-15.07％を説明する57の非冗長な定量的形質遺伝子座（QTL）が特定されました。これらのQTLには183の遺伝子が含まれており、その中には、機能的注釈と以前の出版物に基づいて21の強力な候補が特定されました。驚くべきことに、キューティクルの発達中に差次的に発現する3つの候補遺伝子は、β-ケトアシル-CoAシンターゼ（KCS）をコードします。KCS19はキューティクルワックス代謝に関与することが知られていますが、KCS12およびKCS3機能は報告されていません。KCS12とWLRの関連は、106回の近交系の再発によって確認され、ZMKCS12の異なるハプロタイプの間でWLRの変動は有意でした。この研究では、ZMKCS12の機能喪失変異体は、しわのある葉の形態を示し、ワックス結晶の形態を変化させ、C32ワックスモノマーレベルを低下させ、水分損失率の増加と干ばつに対する感度を引き起こしました。これらの結果は、ZMKCS12がトウモロコシC32ワックスモノマー合成に重要な役割を果たしており、干ばつ耐性にとって重要であることを確認しています。要するに、2つのクチクラワックス関連特性のGWAを通じて、この研究は、トウモロコシのクチクラワックス代謝の遺伝的構造を包括的に明らかにし、トウモロコシのストレス耐性の遺伝的改善のための貴重な参照を提供します。

The plant cuticle is essential in plant defense against biotic and abiotic stresses. To systematically elucidate the genetic architecture of maize (Zea mays L.) cuticular wax metabolism, two cuticular wax-related traits, the chlorophyll extraction rate (CER) and water loss rate (WLR) of 389 maize inbred lines, were investigated and a genome-wide association study (GWAS) was performed using 1.25 million single nucleotide polymorphisms (SNPs). In total, 57 non-redundant quantitative trait loci (QTL) explaining 5.57%-15.07% of the phenotypic variation for each QTL were identified. These QTLs contained 183 genes, among which, 21 strong candidates were identified based on functional annotations and previous publications. Remarkably, 3 candidate genes that express differentially during cuticle development encode β-ketoacyl-CoA synthase (KCS). While KCS19was known to be involved in cuticle wax metabolism, KCS12 and KCS3 functions were not reported. The association between KCS12 and WLR was confirmed by re-sequencing 106 inbred lines, and the variation of WLR was significant between different haplotypes of ZmKCS12. In this study, the loss-of-function mutant of ZmKCS12 exhibited wrinkled leaf morphology, altered wax crystal morphology, and decreased C32 wax monomer levels, causing an increased water loss rate and sensitivity to drought. These results confirm that ZmKCS12 plays a vital role in maize C32 wax monomers synthesis and is critical for drought tolerance. In sum, through GWAS of two cuticular wax-associated traits, this study reveals comprehensively the genetic architecture in maize cuticular wax metabolism and provides a valuable reference for the genetic improvement of stress tolerance in maize.