玉米的生长和发育受到多种复杂性状的调控，而这些性状的遗传机制目前尚不完全清楚。深入研究这些性状的遗传基础不仅有助于揭示基因与表型之间的复杂关系，还能推动玉米的遗传改良和精准育种。大多数农艺性状由多个数量性状基因座（QTL）共同控制，并且这些QTL通常涉及复杂的遗传调控网络。挖掘影响特定性状的因果基因，对理解玉米的遗传基础和改良作物性状具有重要的研究意义。然而传统的连锁分析和关联分析耗时耗力且准确率较低，急需一种快速且精准的因果基因挖掘方法来帮助育种家快速识别特定QTL内的因果基因。
近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室刘建晓课题组在The Crop Journal在线发表了题为“QTG-LGBM: a method of prioritizing causal genes in quantitative trait loci in maize” 的研究论文。该研究构建了一种玉米数量性状基因座因果基因排序方法QTG-LGBM，能够快速且精准的定位QTL内影响特定性状的潜在因果基因。
在特定的QTL区域识别因果基因是作物克隆基因的关键。作者构建了一种高效且精准的玉米QTL内因果基因排序方法QTG-LGBM（图1）。通过使用五折交叉验证评估了QTG-LGBM和7种经典方法在玉米株高、开花期和雄穗分支数的预测性能。与其他方法相比，QTG-LGBM在预测精度、计算资源消耗和训练时间上表现出了明显的优势。此外，作者还使用拟南芥、水稻、狗尾草属和高粱等物种验证了QTG-LGBM在多个物种的预测性能，并进一步使用已报道文献中的QTL和因果基因验证了QTG-LGBM的实际应用能力。结果表明，QTG-LGBM对因果基因的召回率显著高于随机选择方法（图2）。最后，作者利用QTG-LGBM定位到了3个和玉米开花期相关的候选因果基因（图3）。研究还开发了一个实时在线的预测网站以供研究者使用：http://www.deepcba.com/QTG-LGBM。
图1 QTG-LGBM流程图和模型评估策略
图2 利用玉米、拟南芥、水稻和高粱验证QTG-LGBM在不同阈值下对因果基因排序的召回率虚线表示使用随机选择方法的召回率。
图3 使用QTG-LGBM在QTL内挖掘候选因果基因的3个步骤
作者和基金项目
华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室硕士研究生王创、博士研究生吴伸伸和博士研究生姚州为该文共同第一作者，刘建晓副教授和邓君丽副教授为共同通信作者。该研究得到农业生物育种国家科技重大专项（2023ZD04067）和湖北省自然科学基金项目（2023AFB832）等资助。
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