近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米中心在國際學(xué)術(shù)期刊Scientific Reports（JCR 分區(qū)Q1）上發(fā)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(zhì)的遺傳多樣性、親緣關(guān)系進(jìn)行了分析，構(gòu)建了玉米遠(yuǎn)源種、普通玉米、糯玉米農(nóng)家種和糯玉米自交系間的系統(tǒng)發(fā)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(chǎn)生，具有特殊的營養(yǎng)、加工和經(jīng)濟(jì)價值。中國糯玉米種質(zhì)資源豐富，但是糯玉米的進(jìn)化歷史過程以及糯玉米種質(zhì)間的親緣關(guān)系尚不清楚。決定玉米糯質(zhì)特性的waxy基因存在多種突變類型，發(fā)掘新的waxy基因突變體并開發(fā)其分子標(biāo)記，可為針對性地鑒定、篩選和選育糯玉米種質(zhì)提供有效方法?；诖耍衩字行膹谋本┦校ò▋?yōu)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(zhì)200份，利用自主研發(fā)并列入農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 1432-2014）的40對核心SSR引物進(jìn)行基因分型，發(fā)現(xiàn)200份糯玉米種質(zhì)的多態(tài)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(jié)果為糯玉米種質(zhì)的利用及品種選育提供參考。
圖1 200份糯玉米種質(zhì)類群劃分
對其中167份糯玉米和另外14份普通玉米進(jìn)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(zhuǎn)座子插入突變，根據(jù)轉(zhuǎn)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(fā)了PCR功能分子標(biāo)記。該發(fā)現(xiàn)及所開發(fā)的分子標(biāo)記對于保護(hù)和利用SKN5等珍稀糯玉米種質(zhì)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(fā)現(xiàn)糯玉米waxy基因核苷酸多態(tài)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(yīng)，為糯玉米waxy基因位點受到人工選擇提供了分子證據(jù)?；诖笃c草等8份玉米遠(yuǎn)源種，7份糯玉米農(nóng)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(gòu)建系統(tǒng)發(fā)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(zhuǎn)育而來。167份糯玉米種質(zhì)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(zhì)聚集在同一分支，waxy突變類型不同的糯玉米種質(zhì)分布在不同的分支，新發(fā)現(xiàn)的wx-hAT突變型糯玉米存在于獨立的分支中。這些結(jié)果對糯玉米的起源進(jìn)化提供參考。
圖3 基于waxy基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹
駱美潔博士、史亞興研究員和楊揚(yáng)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(xué)基金、北京學(xué)者計劃、北京市科技計劃項目、北京市農(nóng)林科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊建設(shè)項目的資助。
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https://www.nature.com/articles/s41598-020-72764-3
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