基因研究揭示玉米遺傳多樣性及進化機制

2020-11-26 中國日報網

據華大基因最新消息，由冷泉港實驗室、加州大學戴維斯分校、深圳華大基因研究院、康奈爾大學、墨西哥國際玉米和小麥改良中心等全球17所科研機構合作完成的兩項玉米基因組學研究成果於6月4日同期發表在國際權威雜誌《自然-遺傳學》（Nature Genetics）上。這是科研人員在玉米基因組學研究中取得的又一重大突破，對全面深入認識玉米這一重要穀類作物具有十分重要的意義，同時也對加快玉米的遺傳改良及育種具有巨大的科學價值。

玉米是集糧、經、飼為一體的三元作物，也是重要的能源作物。遺傳多樣性研究對玉米種質資源的收集、評價、保存和利用具有十分重要的意義，也對玉米育種具有重要的指導意義。在由冷泉港實驗室和深圳華大基因研究院等單位主導完成的玉米遺傳變異研究（Generation of maize HapMap2 identifies extant variation from a genome in flux）中，科研人員對105個野生和栽培玉米品種進行了測序和分析，成功構建了第二代玉米單體型圖譜（簡稱，Maize HapMap 2），並對玉米的遺傳多樣性進行了全面分析。在研究中，他們建立了精密的群體遺傳學評分模型（population-genetics scoring model），共鑑定了5500多萬個遺傳分子標記，同時發現染色體結構變異（SV）在玉米野生種和栽培種的基因組中是普遍存在的，並且推測這些結構變異與很多重要的農藝性狀具有密切的關聯。此外，在研究影響玉米基因組大小的主要因素時，研究人員發現染色體結（一種密集的DNA結構，chromosomal knobs）的存在或缺失造成了「種內」玉米基因組大小出現很大的差異；而在「種間」進行比較時，他們發現玉米基因組大小的變化則主要與大量的轉座子有關。

據悉，考古學及遺傳學證實玉米大約馴化自10,000多年前，在馴化過程中，玉米經歷了一次特殊的表型轉變，這使其更加容易滿足人類的需求。在由加州大學戴維斯分校和深圳華大基因研究院等單位主導完成的第二篇文章（Comparative population genomics of maize domestication and improvement）中，研究人員對75個玉米株系（包括野生玉米、美洲各地的傳統品種和現代改良玉米品系）進行全基因組重測序，並對玉米馴化進行了全面的評估分析。研究發現玉米在經過人工馴化之後又產生了新的遺傳多樣性，並推測這很有可能是由於野生近緣物種的基因滲入所導致的。研究人員發現了數百個具有強烈選擇信號的基因，並推測這些基因可能在玉米的馴化過程中發揮著重要的作用。此外，研究數據還表明在玉米的馴化過程中，千百年前古代農民應用的人工馴化方法似乎比現代育種學家所使用的方法發揮了更大的作用。

華大基因助理副院長徐訊表示：「作物的遺傳改良是作物育種研究的重要內容。這兩項研究成果為系統地了解玉米的遺傳多樣性和進化等問題提供了一個新的思路，同時也為植物學家和育種學家如何更好地進行玉米品種改良提供了寶貴的指導意見。」

華大基因副院長張耕耘表示：「玉米是世界上最重要的糧食作物之一，這兩項研究成果對促進玉米改良以滿足整個世界對糧食、飼料和燃料等資源的需求具有重要價值。我們希望在未來的研究中能夠取得更多的突破，以便更好地應對全球糧食安全和環境問題所帶來的諸多挑戰。」

來源：中國日報深圳記者站（記者 馬卓然 通訊員 逄莎莎 劉佳） 編輯：馮媛

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