The effect of drought on maize yield is of particular concern in the context of climate change and human population growth. However, the complexity of drought-response mechanisms makes the design of new drought-tolerant varieties a difficult task that would greatly benefit from a better understanding of the genotype–phenotype relationship. To provide novel insight into this relationship, we applied a systems genetics approach integrating high-throughput phenotypic, proteomic, and genomic data acquired from 254 maize hybrids grown under two watering conditions. Using association genetics and protein coexpression analysis, we detected more than 22,000 pQTLs across the two conditions and confidently identified 15 loci with potential pleiotropic effects on the proteome. We showed that even mild water deficit induced a profound remodeling of the proteome, which affected the structure of the protein coexpression network, and a reprogramming of the genetic control of the abundance of many proteins, including those involved in stress response. Colocalizations between pQTLs and QTLs for ecophysiological traits, found mostly in the water deficit condition, indicated that this reprogramming may also affect the phenotypic level. Finally, we identified several candidate genes that are potentially responsible for both the coexpression of stress response proteins and the variations of ecophysiological traits under water deficit. Taken together, our findings provide novel insights into the molecular mechanisms of drought tolerance and suggest some pathways for further research and breeding.

中文翻译：

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一种系统遗传学方法揭示了玉米中 SNP、蛋白质共表达和干旱相关性状之间的环境依赖性关联

在气候变化和人口增长的背景下，干旱对玉米产量的影响尤其令人担忧。然而，干旱响应机制的复杂性使得设计新的耐旱品种成为一项艰巨的任务，这将极大地受益于更好地理解基因型-表型关系。为了提供对这种关系的新见解，我们应用了一种系统遗传学方法，该方法整合了从在两种浇水条件下生长的 254 个玉米杂交种获得的高通量表型、蛋白质组学和基因组数据。使用关联遗传学和蛋白质共表达分析，我们在两种条件下检测到超过 22,000 个 pQTL，并自信地鉴定了 15 个对蛋白质组具有潜在多效性影响的位点。我们发现，即使是轻度缺水也会引起蛋白质组的深刻重构，这会影响蛋白质共表达网络的结构，以及对许多蛋白质（包括参与应激反应的蛋白质）丰度的遗传控制的重新编程。pQTL 和 QTL 之间生态生理性状的共定位，主要在缺水条件下发现，表明这种重编程也可能影响表型水平。最后，我们确定了几个候选基因，它们可能对应激反应蛋白的共表达和缺水条件下生态生理特征的变化负责。总之，我们的研究结果为耐旱性的分子机制提供了新的见解，并为进一步研究和育种提出了一些途径。这影响了蛋白质共表达网络的结构，以及对许多蛋白质丰度的遗传控制的重新编程，包括那些参与应激反应的蛋白质。pQTL 和 QTL 之间的生态生理性状共定位，主要在缺水条件下发现，表明这种重编程也可能影响表型水平。最后，我们确定了几个候选基因，它们可能对应激反应蛋白的共表达和缺水条件下生态生理特征的变化负责。总之，我们的研究结果为耐旱性的分子机制提供了新的见解，并为进一步研究和育种提出了一些途径。这影响了蛋白质共表达网络的结构，以及对许多蛋白质丰度的遗传控制的重新编程，包括那些参与应激反应的蛋白质。pQTL 和 QTL 之间生态生理性状的共定位，主要在缺水条件下发现，表明这种重编程也可能影响表型水平。最后，我们确定了几个候选基因，它们可能对应激反应蛋白的共表达和缺水条件下生态生理特征的变化负责。总之，我们的研究结果为耐旱性的分子机制提供了新的见解，并为进一步研究和育种提出了一些途径。包括那些参与压力反应的人。pQTL 和 QTL 之间生态生理性状的共定位，主要在缺水条件下发现，表明这种重编程也可能影响表型水平。最后，我们确定了几个候选基因，它们可能对应激反应蛋白的共表达和缺水条件下生态生理特征的变化负责。总之，我们的研究结果为耐旱性的分子机制提供了新的见解，并为进一步研究和育种提出了一些途径。包括那些参与压力反应的人。pQTL 和 QTL 之间的生态生理性状共定位，主要在缺水条件下发现，表明这种重编程也可能影响表型水平。最后，我们确定了几个候选基因，它们可能对应激反应蛋白的共表达和缺水条件下生态生理特征的变化负责。总之，我们的研究结果为耐旱性的分子机制提供了新的见解，并为进一步研究和育种提出了一些途径。我们确定了几个候选基因，这些基因可能负责应激反应蛋白的共表达和缺水条件下生态生理特征的变化。总之，我们的研究结果为耐旱性的分子机制提供了新的见解，并为进一步研究和育种提出了一些途径。我们确定了几个候选基因，这些基因可能负责应激反应蛋白的共表达和缺水条件下生态生理特征的变化。总之，我们的研究结果为耐旱性的分子机制提供了新的见解，并为进一步研究和育种提出了一些途径。