近日，北京市農林科學院玉米中心在國際學術期刊Scientific Reports（JCR 分區Q1）上發表題為“Sequence polymorphism of the waxy gene in waxy maize accessions forbid characterization of a new waxy allele”的研究論文，對200份糯玉米種質的遺傳多樣性、親緣關系進行了分析，構建了玉米遠源種、普通玉米、糯玉米農家種和糯玉米自交系間的系統發育樹，并鑒定到新的waxy基因突變類型。
糯玉米是普通玉米傳入中國后突變產生，具有特殊的營養、加工和經濟價值。中國糯玉米種質資源豐富，但是糯玉米的進化歷史過程以及糯玉米種質間的親緣關系尚不清楚。決定玉米糯質特性的waxy基因存在多種突變類型，發掘新的waxy基因突變體并開發其分子標記，可為針對性地鑒定、篩選和選育糯玉米種質提供有效方法。基于此，玉米中心從北京市（包括優良糯玉米品種京科糯2000的父母本）、陜西省、吉林省和韓國收集糯玉米種質200份，利用自主研發并列入農業行業標準（NY/T 1432-2014）的40對核心SSR引物進行基因分型，發現200份糯玉米種質的多態性信息含量（PIC）平均值為0.7，遺傳變異豐富，并可劃分為3大類群。該結果為糯玉米種質的利用及品種選育提供參考。
圖1 200份糯玉米種質類群劃分
對其中167份糯玉米和另外14份普通玉米進行waxy基因全長測序，在SKN5等8份糯玉米材料中鑒定到一個新的waxy基因突變類型，它在waxy基因的第3個外顯子處存在2286 bp的轉座子插入突變，根據轉座子類型將該突變類型命名為wx-hAT突變，針對該突變序列開發了PCR功能分子標記。該發現及所開發的分子標記對于保護和利用SKN5等珍稀糯玉米種質具有重要意義。
圖2 新的waxy基因突變類型wx-hAT的序列特征
序列變異分析發現糯玉米waxy基因核苷酸多態性低于普通玉米，并且顯著偏離中性突變范圍，表明受到了明顯的選擇效應，為糯玉米waxy基因位點受到人工選擇提供了分子證據。基于大芻草等8份玉米遠源種，7份糯玉米農家種，167份糯玉米自交系和14份普通玉米自交系的waxy基因序列構建系統發育樹，也再次證實了大芻草是玉米的祖先，一些糯玉米是由普通玉米轉育而來。167份糯玉米種質存在5種類型的waxy基因突變，wx-D7（第7外顯子的30bp缺失突變）為主要突變類型，攜帶相同waxy突變的糯玉米種質聚集在同一分支，waxy突變類型不同的糯玉米種質分布在不同的分支，新發現的wx-hAT突變型糯玉米存在于獨立的分支中。這些結果對糯玉米的起源進化提供參考。
圖3 基于waxy基因序列構建的系統發育樹
駱美潔博士、史亞興研究員和楊揚博士為該論文第一作者，趙久然研究員、盧柏山研究員為共同通訊作者。該研究得到了北京市自然科學基金、北京學者計劃、北京市科技計劃項目、北京市農林科學院創新團隊建設項目的資助。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41598-020-72764-3
日期：2020-11-26
糯玉米是普通玉米傳入中國后突變產生，具有特殊的營養、加工和經濟價值。中國糯玉米種質資源豐富，但是糯玉米的進化歷史過程以及糯玉米種質間的親緣關系尚不清楚。決定玉米糯質特性的waxy基因存在多種突變類型，發掘新的waxy基因突變體并開發其分子標記，可為針對性地鑒定、篩選和選育糯玉米種質提供有效方法。基于此，玉米中心從北京市（包括優良糯玉米品種京科糯2000的父母本）、陜西省、吉林省和韓國收集糯玉米種質200份，利用自主研發并列入農業行業標準（NY/T 1432-2014）的40對核心SSR引物進行基因分型，發現200份糯玉米種質的多態性信息含量（PIC）平均值為0.7，遺傳變異豐富，并可劃分為3大類群。該結果為糯玉米種質的利用及品種選育提供參考。
圖1 200份糯玉米種質類群劃分
對其中167份糯玉米和另外14份普通玉米進行waxy基因全長測序，在SKN5等8份糯玉米材料中鑒定到一個新的waxy基因突變類型，它在waxy基因的第3個外顯子處存在2286 bp的轉座子插入突變，根據轉座子類型將該突變類型命名為wx-hAT突變，針對該突變序列開發了PCR功能分子標記。該發現及所開發的分子標記對于保護和利用SKN5等珍稀糯玉米種質具有重要意義。
圖2 新的waxy基因突變類型wx-hAT的序列特征
序列變異分析發現糯玉米waxy基因核苷酸多態性低于普通玉米，并且顯著偏離中性突變范圍，表明受到了明顯的選擇效應，為糯玉米waxy基因位點受到人工選擇提供了分子證據。基于大芻草等8份玉米遠源種，7份糯玉米農家種，167份糯玉米自交系和14份普通玉米自交系的waxy基因序列構建系統發育樹，也再次證實了大芻草是玉米的祖先，一些糯玉米是由普通玉米轉育而來。167份糯玉米種質存在5種類型的waxy基因突變，wx-D7（第7外顯子的30bp缺失突變）為主要突變類型，攜帶相同waxy突變的糯玉米種質聚集在同一分支，waxy突變類型不同的糯玉米種質分布在不同的分支，新發現的wx-hAT突變型糯玉米存在于獨立的分支中。這些結果對糯玉米的起源進化提供參考。
圖3 基于waxy基因序列構建的系統發育樹
駱美潔博士、史亞興研究員和楊揚博士為該論文第一作者，趙久然研究員、盧柏山研究員為共同通訊作者。該研究得到了北京市自然科學基金、北京學者計劃、北京市科技計劃項目、北京市農林科學院創新團隊建設項目的資助。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41598-020-72764-3
日期：2020-11-26
