Linkage analysis and association mapping for plant height in maize

Abstract

Plant height is one of the most studied traits in maize. It is related to grain yield, planting density and lodging resistance. Several quantitative trait loci associated with plant height have been found through linkage mapping and association mapping in maize. Nevertheless, plant height has not been yet phenotypically and genetically dissected to its components (i.e. internode length and node number) and its genetic architecture remains unknown. Thus, the objective of this study was to explore the phenotypic and genetic architecture of plant height in maize by linkage analysis and association mapping in four RILs populations and in a diverse association panel of maize inbred lines. We evaluated ten maize plant-related traits in 962 recombinant inbred lines derived from four populations and 400 inbred lines from Wisconsin Diverse population (WiDiv). The WiDiv population was genotyped with 458,151 single nucleotide polymorphism (SNP) discovered through RNA-sequencing of maize seedlings. The IBM, OW and NyH RILs populations were genotyped with 8,224, 5,696 and 5,320 SNP using the genotyping-by- sequencing methodology. The NAM22 was genotyped with 1200 SNPs using the panel of 1,536 SNPs by Illumina. Maize plant height-related traits can be phenotypically into ear height, node number, average internode length, and flowering time traits. Plant height showed strong correlation with almost all traits. Node number, below ear node number and flowering time traits were strongly correlated to each other. Maize plant height can be genetically dissected by linkage analysis and association mapping. Several QTL were associated with plant height-related traits, and some QTL hot spots were identified for plant height, ear height and node number. Single nucleotide polymorphism, located in the gene model GRMZM2G171622, was associated with six traits. The candidate genes GRMZM2G108798 and GRMZM2G012766 which were identified in WiDiv population panel were associated with plant height-related traits in our study. These results suggest that ear height, node number, below ear node number, below ear average internode length, and flowering time are the main contributors to maize plant height.

Altura de planta é um dos caracteres mais estudados em milho e está relacionado com produtividade de grãos, densidade de plantas e acamamento. Vários quantitative trait loci (QTL) para alttura de planta foram encontrados em milho. Entretanto, sua arquitetura genética ainda permanece desconhecida. Deste modo, o objetivo desse estudo foi explorar a arquitetura genética e fenotípica de altura de planta em milho por meio de análise de ligação e mapeamento associativo. Foram avaliados dez caracteres relacionados à altura de planta em 962 linhagens endogâmicas recombinantes (RILs) de quatro populações e 400 linhagens endogâmicas do painel de mapeamento associativo WiDiv. As linhagens endogâmicas do painel de associação WiDiv foram genotipadas com 458 151 SNP (single nucleotide polymorphism) através do sequenciamento de RNA (RNAseq). As populações RILs IBM, OW e NyH foram genotipadas com 8 224, 6 696 e 5 320 SNP por meio da metodologia de genotyping-by-sequencing . A população NAM22 foi genotipada com 1 200 SNP usando a plataforma de 1 536 SNP da Illumina. Altura de planta de milho pode ser fenotipicamente decomposta em altura de espiga, número de internódios e caracteres de florescimento. Os caracteres número de internódios, número de internódios abaixo da espiga e caracteres de florescimento apresentaram elevada correlação entre eles. A altura de planta de milho pode ser geneticamente dissecada por meio de análise de ligação e mapeamento associativo. Vários QTL foram associados com caracteres de altura de planta, e alguns QTL foram identificados na mesma região genômica para altura de planta, altura de espiga e número de internódios. Alguns SNP localizados no gene candidato GRMZM2G171622 foram associados com seis caracteres de altura de planta. Os genes candidates GRMZM2G108798 e GRMZM2G012766, que foram identificados no painel de associação WiDiv, foram associados com caracteres de altura de planta em milho. Os resultados sugerem que altura de espiga, número de internódios, número de internódios abaixo da espiga, comprimento médio de internódio e caracteres de florescimento são os principais componentes de altura de planta de milho.