Genetic variation in ZmVPP1 contributes to drought tolerance in maize seedlings
ZmVPP1的遗传变异有助于玉米幼苗的耐旱性
摘要：我们报告了玉米苗期耐旱性的全基因组关联研究 (GWAS)，该研究确定了 83 个遗传变异，这些变异被解析为 42 个候选基因。峰值 GWAS 信号表明 ZmVPP1 的自然变异，编码液泡型 H+ 焦磷酸酶，对该性状的贡献最大。进一步的分析表明，启动子中的366 bp 插入，包含三个 MYB 顺式元件，赋予 ZmVPP1 在耐旱基因型中的干旱诱导表达。ZmVPP1表达增强的转基因玉米表现出提高的耐旱性，这很可能是由于增强的光合效率和根系发育。总之，这些信息为玉米耐旱性的自然变异提供了重要的遗传见解。
背景 1: 先前对模式植物拟南芥的研究已经阐明了复杂的干旱响应途径和代谢网络。
2:ZmVPP1 启动子中的 366 bp 插入赋予了 ZmVPP1 在耐旱玉米自交系中的干旱诱导表达，并且该 ZmVPP1等位基因的遗传选择提高了玉米的耐旱性。此外，ZmVPP1 表达增加的转基因玉米也表现出对缺水的耐受性增强
结果：1：GWAS玉米苗期耐旱性
在标准混合线性模型 (MLM) 下，该模型在一般线性模型 (GLM) 的基础上解释了由种群结构 (Q) 和种群自然变异的家族相关性 (K) 引起的误报，37 SNP被确定为与耐旱性显着相关。
选用苗期的抗旱表型，干旱存活率SR，作为表型，不同的亚群，能检测很多候选基因，然后做GO分析，再看看这个候选基因对应的拟南芥同源基因是否参与了抗旱。最后选了个Leading SNP，做下一步研究
2：ZmVPP1与耐旱性显着相关
重测序，有很多SNP和indel P值很高，很多在一个强LD里面，最后分出了4种单倍型，分成干旱敏感型和耐旱型。qRT 结果 表明在适度干旱情况下，耐旱型单倍型的mRNA水平很高。
ZmVPP1的干旱诱导表达有助于玉米幼苗的耐旱性。
3：ZmVPP1用作 H+-PPase（编码液泡型H+-焦磷酸酶 (H+-PPase)，与拟南芥 AVP1 具有高蛋白序列同源性）
a，b：拟南芥中AVP1功能缺失突变体，蛋白水平丢失，而转入VPP全基因片段的突变体蛋白水平正常。
b图表型证明VPP功能
efgh：与载体转化（VC）植物相比，p35S:ZmVPP1B73和 p35S:ZmVPP1CIMBL55 转基因植物的 H+-PPase 活性几乎翻了一番（图3c，e）。值得注意的是，在转基因拟南芥中观察到侧根数量和根质量增加，这可能促进土壤中的水分吸收
进一步分析了每个构建体的两个独立转基因系（p35S：ZmVPP1B73（OE16和OE17）和p35S：ZmVPP1CIMBL55（OE36和OE43））表现出相当水平的ZmVPP1蛋白变体（图3c）。
ZmVPP1 确实是一种功能性 H+-PPase，并且 ZmVPP1B73 或 ZmVPP1CIMBL55 过表达可以改善植物根系发育和耐旱性
4：366-bp 插入赋予 ZmVPP1 CIMBL55 干旱诱导
由于 ZmVPP1 启动子中的 indel -379 和 indel -123 与耐旱性高度相关，我们克隆了 GUS（β-葡萄糖醛酸酶）报告基因上游 ZmVPP1B73 和 ZmVPP1CIMBL55 等位基因的启动子片段，以比较它们在驱动基因表达方面的活性。
位于 366 bp 插入的 MYB 结合序列是耐受等位基因 ZmVPP1CIMBL55 的应激诱导表达的因果区域。
位于 366 bp 插入的 MYB 结合序列是耐受等位基因 ZmVPP1CIMBL55 的应激诱导表达的因果区域
5：ZmVPP1耐受等位基因提高耐旱性
6 ZmVPP1的过表达提高了耐旱性
讨论：
尽管编码区和 3' UTR 的变化也与表型显着相关，但它们并没有导致明显的功能差异（图 3 和补充图 4）。很可能他们的强 LD 与 indel-379（功能变体）导致统计显着性。
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