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Nat Gene:基因组学研究全面揭示玉米遗传多样性及进化机制
发布时间:2012/6/13 | 浏览:1237次 | 来源:华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心

       2012年6月4日,由冷泉港实验室、加州大学戴维斯分校、深圳华大基因研究院、康奈尔大学、墨西哥国际玉米和小麦改良中心等全球17所科研机构合作完成的两项玉米基因组学研究成果于国际权威杂志《自然-遗传学》(Nature Genetics)上同期发表。这是科研人员在玉米基因组学研究中取得的又一重大突破,对全面深入认识玉米这一重要谷类作物具有十分重要的意义,同时也对加快玉米的遗传改良及育种具有巨大的科学价值。

玉米是集粮、经、饲为一体的三元作物,也是重要的能源作物。遗传多样性研究对玉米种质资源的收集、评价、保存和利用具有十分重要的意义,也对玉米育种具有重要的指导意义。在由冷泉港实验室和深圳华大基因研究院等单位主导完成的玉米遗传变异研究(Generation of maize HapMap2 identifies extant variation from a genome in flux)中,科研人员对105个野生和栽培玉米品种进行了测序和分析,成功构建了第二代玉米单体型图谱(简称,Maize HapMap 2),并对玉米的遗传多样性进行了全面分析。在研究中,他们建立了精密的群体遗传学评分模型(population-genetics scoring model),共鉴定了5500多万个遗传分子标记,同时发现染色体结构变异(SV)在玉米野生种和栽培种的基因组中是普遍存在的,并且推测这些结构变异与很多重要的农艺性状具有密切的关联。此外,在研究影响玉米基因组大小的主要因素时,研究人员发现染色体结(一种密集的DNA结构,chromosomal knobs)的存在或缺失造成了“种内”玉米基因组大小出现很大的差异;而在“种间”进行比较时,他们发现玉米基因组大小的变化则主要与大量的转座子有关。

考古学及遗传学证实玉米大约驯化自10,000多年前,在驯化过程中,玉米经历了一次特殊的表型转变,这使其更加容易满足人类的需求。在由加州大学戴维斯分校和深圳华大基因研究院等单位主导完成的第二篇文章(Comparative population genomics of maize domestication and improvement)中,研究人员对75个玉米株系(包括野生玉米、美洲各地的传统品种和现代改良玉米品系)进行全基因组重测序,并对玉米驯化进行了全面的评估分析。研究发现玉米在经过人工驯化之后又产生了新的遗传多样性,并推测这很有可能是由于野生近缘物种的基因渗入所导致的。研究人员发现了数百个具有强烈选择信号的基因,并推测这些基因可能在玉米的驯化过程中发挥着重要的作用。此外,研究数据还表明在玉米的驯化过程中,千百年前古代农民应用的人工驯化方法似乎比现代育种学家所使用的方法发挥了更大的作用。

美国农业研究局(ARS)和农业部科研机构的管理者Edward B. Knipling说道:“玉米具有重要的营养价值。随着气候的不断变化和人口的增长及耕地面积的减少,玉米也成为一种理想的燃料原材料。这两项研究成果是玉米基因组学研究中‘前进的一大步’,将为科学家和育种专家改善玉米营养价值和培育优良品种提供宝贵的资源。”

华大基因助理副院长徐讯表示:“作物的遗传改良是作物育种研究的重要内容。这两项研究成果为系统地了解玉米的遗传多样性和进化等问题提供了一个新的思路,同时也为植物学家和育种学家如何更好地进行玉米品种改良提供了宝贵的指导意见。”

华大基因副院长张耕耘表示:“玉米是世界上最重要的粮食作物之一,这两项研究成果对促进玉米改良以满足整个世界对粮食、饲料和燃料等资源的需求具有重要价值。我们希望在未来的研究中能够取得更多的突破,以便更好地应对全球粮食安全和环境问题所带来的诸多挑战。”

 
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