近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米所趙久然/王鳳格團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名植物學(xué)期刊《Journal of Integrative Plant Biology》在線發(fā)表了題為“Insights into the genomic divergence of maize heterotic groups in China”的科研論文，系統(tǒng)闡述了我國(guó)玉米種質(zhì)資源群體分化基因組特征和群體間遺傳改良規(guī)律。
該研究基于我院玉米所收集的5822份玉米自交系種質(zhì)材料，利用自主研發(fā)的Maize6H-60K基因芯片獲取基因型數(shù)據(jù)。同時(shí)篩選出150份代表性核心玉米自交系，并獲得重測(cè)序數(shù)據(jù)。通過群體結(jié)構(gòu)分析方法將5822份玉米自交系劃分為7大類群，這與我國(guó)現(xiàn)代玉米育種中廣泛應(yīng)用的核心育種群體相一致。
研究發(fā)現(xiàn)，5822份玉米自交系主要形成3種葉綠體胞質(zhì)類型（CC Ⅰ、CC Ⅱ和CC Ⅲ），其中320份玉米自交系隸屬于胞質(zhì)類型CC Ⅰ，647份玉米自交系隸屬于胞質(zhì)類型CC Ⅱ，4855份玉米自交系隸屬于胞質(zhì)類型CC Ⅲ。胞質(zhì)類型CC Ⅰ和CC Ⅱ主要集中于雜種優(yōu)勢(shì)群黃改群（HG1）和旅大紅骨群（HG2），同時(shí)CC Ⅱ具有溫帶玉米種質(zhì)（GRG2）和熱帶/亞熱帶玉米種質(zhì)（GRG4）特征，意味著我國(guó)玉米溫帶種質(zhì)和熱帶/亞熱帶種質(zhì)間存在遺傳滲入。雜種優(yōu)勢(shì)群基因組特征分析發(fā)現(xiàn)等位基因頻率的增加和基因型的固定是驅(qū)動(dòng)雜種優(yōu)勢(shì)群分化的主要因素。雜種優(yōu)勢(shì)群間90.38%的基因組分化區(qū)間為特異性分化區(qū)間，分化區(qū)間的染色體分布表現(xiàn)出明顯的不均一性和差異性，表明特定基因組區(qū)間的分化和分化基因組的差異是雜種優(yōu)勢(shì)群間差異分化的主要原因。
全基因組選擇消除分析表明選擇在玉米群體分化過程中發(fā)揮著重要作用。在7個(gè)雜種優(yōu)勢(shì)群中鑒定到317個(gè)核心選擇基因，主要參與生物和非生物脅迫響應(yīng)、植物防御等生物學(xué)過程。通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定到26個(gè)與玉米開花時(shí)間、行粒數(shù)、穗上部葉片數(shù)、雄穗分支數(shù)等性狀緊密相關(guān)的核心選擇基因，能夠作為玉米遺傳改良的候選基因池，指導(dǎo)玉米育種。基因流分析表明我國(guó)雜種優(yōu)勢(shì)群間的基因交流盡可能避開主要雜優(yōu)模式，以實(shí)現(xiàn)群體間的遺傳改良以及雜優(yōu)模式的優(yōu)化與利用。本研究有助于推動(dòng)我國(guó)玉米種質(zhì)資源的再利用、玉米新種質(zhì)的創(chuàng)新和雜優(yōu)模式的優(yōu)化。
該論文的第一通訊單位為北京市農(nóng)林科學(xué)院。我院玉米所博士后薛英杰博士為論文第一作者，助理研究員趙怡錕、博士研究生張?jiān)讫埡屯跞锔毖芯繂T為論文共同第一作者。我院玉米所王鳳格研究員和趙久然研究員為論文的共同通訊作者。該研究得到生物育種-國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2022ZD04017）、北京市農(nóng)林科學(xué)院創(chuàng)新能力建設(shè)項(xiàng)目（NO. KJCX20230301）和國(guó)家數(shù)字種業(yè)創(chuàng)新中心的資助和支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13884
