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育种也会留下“指纹” 科学家揭示玉米遗传改良规律

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2020年04月30日 11:22 农博网

  4月28日,《自然-遗传学》在线发表中国农业科学院生物技术研究所玉米功能基因组创新团队与华南农业大学等单位合作的最新研究成果,该研究阐析了现代育种过程玉米基因组选择与遗传改良规律。玉米是目前世界第一大农作物,广泛作为粮食、饲料和工业原材料。据中国农业科学院生物技术研究所王海洋研究员介绍,在过去几十年间,经过不断耐密性品种改良与种植密度提升,玉米单产成倍增长。但玉米现代育种过程中品种耐密性改良的遗传基础和选择规律尚未系统解析。

  此次,科研人员收集了近几十年来国内外不同育种时期广泛使用的350份玉米育种材料,寻找育种过程中留下的那些“印记”和“指纹”。

  经过多环境表型分析,科研人员发现,现代玉米育种过程中,育种材料均经历了向更低穗位、更少雄穗分枝数、更紧凑叶夹角及更早开花期方向的趋同选择;进一步采用全基因组重测序,结合全基因组关联分析,挖掘出233个与15个农艺性状有显着关联的基因位点;鉴定到1888个受育种选择的基因组区域(育种指纹),涉及近5000个功能基因;基因富集分析发现,现代玉米育种主要选择与生物胁迫抗性、非生物胁迫抗性、植物激素代谢及信号转导、光信号转导及开花期调控通路相关的基因。最后,研究者利用CRISPR/Cas9 技术创制功能缺失突变体,证明2个在现代玉米育种过程中受到选择的基因ZmPIF3.3 和TSH4,分别在调控玉米株高(穗位高)和雄穗分枝数方面发挥重要作用。

  该研究明确了穗位、雄穗分枝数、叶夹角和开花期对于提高玉米耐密性的关键作用,为耐密玉米品种遗传改良提供了方向性指引;阐明现代玉米育种过程全基因组选择与遗传改良规律,挖掘出一大批调控耐密株型和抗逆性关键候选基因,为玉米耐密抗逆全基因组设计育种提供了理论基础和基因资源。

  据介绍,该成果为加速玉米遗传改良与精准设计育种提供了理论基础。也可为其他作物(如水稻、小麦等)遗传育种规律的解析和优良基因挖掘提供有益借鉴。

(文章来源:新京报)

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