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中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院、國(guó)家玉米改良中心在玉米基因組學(xué)研究又獲重要進(jìn)展，李建生教授課題組“Genome-wide association study dissects the genetic architecture of oil biosynthesis in maize kernels”研究論文12月16日在Nature Genetics《自然-遺傳》在線發(fā)表，該期刊影響因子為36.377。
玉米是我國(guó)第一大糧食作物，油份是玉米籽粒最重要的營(yíng)養(yǎng)成分之一。人工創(chuàng)造的高油玉米是研究基因組進(jìn)化的特異材料。該論文利用包含高油玉米的368份玉米自交系為材料，利用RNA-seq方法進(jìn)行了籽粒發(fā)育期的轉(zhuǎn)錄組大規(guī)模測(cè)序，挖掘了103萬(wàn)SNP，獲得了28,769個(gè)基因的表達(dá)量數(shù)據(jù)，同時(shí)分析了兩年4點(diǎn)的籽粒油份相關(guān)性狀?；谌蚪M關(guān)聯(lián)分析，共發(fā)現(xiàn)74個(gè)座位與籽粒油份相關(guān)性狀顯著關(guān)聯(lián)，其中1/3的座位編碼油脂代謝的關(guān)鍵酶；鑒定出26個(gè)與籽粒總含油量顯著相關(guān)的座位，能解釋83%的表型變異。該研究還發(fā)現(xiàn)：人工長(zhǎng)期選擇的高油玉米僅在有限基因組位點(diǎn)發(fā)生改變，有利等位基因的累加可能是高油玉米油份增加的主要原因。該研究還發(fā)掘出一些玉米油份相關(guān)性狀的有利等位基因。從全基因組水平較深入地解析了玉米籽粒油份的遺傳基礎(chǔ)，為認(rèn)識(shí)高油玉米的遺傳結(jié)構(gòu)變異提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)進(jìn)一步改良玉米油份的含量和質(zhì)量有重要指導(dǎo)意義。
該論文為我校與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)科院作物所、深圳華大基因中心、美國(guó)農(nóng)業(yè)部ARS單位合作完成。同等貢獻(xiàn)第一作者中有我校博士研究生李慧、碩士研究生王偉東等。
國(guó)際著名期刊《自然·遺傳學(xué)》雜志在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)建兵教授及其合作者的最新研究成果“全基因組關(guān)聯(lián)分析剖析玉米籽粒油份合成的遺傳結(jié)構(gòu)”（Genome-wide association study dissects the genetic architecture of oil biosynthesis in maize kernels）。首次從全基因組水平對(duì)玉米籽粒油份的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了深入解析，提出微效多基因的累加是人工選育高油玉米的成因，為剖析玉米籽粒油份形成的遺傳結(jié)構(gòu)提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)進(jìn)一步的玉米品質(zhì)改良和遺傳育種具有重要指導(dǎo)意義。
玉米是我國(guó)三大糧食作物之一，隨著人民生活水品的提高，對(duì)肉蛋奶需求的持續(xù)增加，對(duì)玉米的需求也逐年增加，據(jù)悉今年玉米種植面積和總產(chǎn)量都躍居第一。油份是玉米籽粒重要的營(yíng)養(yǎng)成分，其能量密度和價(jià)值顯著高于淀粉。普通玉米中油份含量一般為4%，但經(jīng)過(guò)人工不斷選育后的高油玉米材料油份含量可達(dá)到20%，盡管有零星的與玉米籽粒油份相關(guān)基因被克隆和分析的報(bào)道。但在全基因水平上，高油玉米形成的遺傳基礎(chǔ)尚不明確。我校嚴(yán)建兵教授和來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李建生教授，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的王國(guó)英研究員，深圳華大基因的彭智宇博士，美國(guó)農(nóng)業(yè)部的馬蕊琳（Marilyn Warburton）教授等五個(gè)課題組的20名老師和同學(xué)通力合作，利用包括高油玉米在內(nèi)的368份玉米自交系為材料，利用RNA測(cè)序的辦法獲得了一百多萬(wàn)個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點(diǎn)，利用全基因組關(guān)聯(lián)分析的方法，對(duì)兩年四點(diǎn)的籽粒油份相關(guān)性狀進(jìn)行了分析，共發(fā)現(xiàn)74個(gè)基因（loci）與籽?？傆头菁敖M分顯著關(guān)聯(lián)，其中三分之一是編碼油脂代謝的關(guān)鍵酶基因。包括26個(gè)與玉米籽?？偤土匡@著相關(guān)的基因，這些基因一起可解釋總油份83%的表型變異。本研究發(fā)掘出的與玉米籽粒油份合成的關(guān)鍵基因可用于下一步的高油玉米的分子育種。
“盡管該研究在玉米油份性狀方面取得了一些進(jìn)展，然而揭示關(guān)鍵基因的作用機(jī)制還有待更細(xì)致研究”，嚴(yán)建兵教授如是說(shuō)，“將這些研究結(jié)果最終應(yīng)用于高油玉米的培育，我們?nèi)匀挥泻芏喙ぷ饕?rdquo;。
嚴(yán)建兵教授于2010年底回到母校工作，本研究是他回國(guó)后發(fā)起和組織的一個(gè)合作項(xiàng)目的階段性研究成果，該成果為進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)玉米領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究做出了貢獻(xiàn)。本合作項(xiàng)目的三個(gè)主要參與方：我校嚴(yán)建兵教授，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李建生教授和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院王國(guó)英研究員為本文的共同通訊作者。嚴(yán)建兵教授課題組兩位二年級(jí)碩士研究生劉杰和楊寧也參與了該研究工作。該研究得到了國(guó)家863和自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。(
