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玉米团队系统解析玉米产量与株型遗传机理

南湖网讯(通讯员Zhike)近日,我们的玉米团队严建兵的研究小组和李清的研究小组分别与李林的研究小组合作,在《植物物理学在线》上发表了《玉米和水稻籽粒大小和重量的保存和独特遗传结构》和《植物的遗传基础》。建筑在10”两篇背靠背的研究论文中。玉米小组通过系统高通量遗传分析揭示了玉米产量和株型的遗传变异机理,为玉米高产育种和株型改良提供了重要线索。

玉米籽粒产量和株型变异

玉米是重要的粮食和饲料两用作物,也是重要的经济和工业原料。目前,玉米也是世界上最大的作物。在过去的80年里,玉米产量增加了8倍以上,其中一半以上受益于育种者对直接产量性状(如种子长度、粒宽和粒厚)和株型的选择和育种。玉米育种过程中,种子性状和株型性状发生了显著的变异,但在广泛的遗传背景下,变异的遗传机制尚未得到充分分析。我们的玉米团队严建兵的研究组从14个具有广泛遗传变异的自交系亲本中构建了10个重组自交系群体(ROAM群体)。潘和莉等.新植物学家(New Photogister,2016),对该群体进行了5~12点的多年田间试验和表型鉴定,获得高通量基因型和表型数据,可用于分析复杂数据性状的遗传机制。

玉米组李庆研究组主要从事玉米表观遗传变异及其对玉米产量性状的调控机制。基于严建兵研究组收集的玉米籽粒的前期数据,运用三种遗传统计方法剖析了玉米籽粒性状的遗传变异机理。鉴定出729个控制玉米籽粒大小变异的QTL,其中22个为显性QTL位点。玉米和水稻籽粒性状的功能基因组比较分析表明,近80%的玉米和水稻籽粒大小同源基因位于玉米籽粒大小的QTL地区。进一步的分子生物学实验已经验证了玉米中的水稻粒度同源基因ZmINCW1,其在玉米中执行相同的功能并控制玉米粒度和粒重的变化。这些结果表明,尽管控制籽粒大小变异的遗传机制复杂,但玉米和水稻中存在相对保守的调控机制。这项研究加深了人们对禾本科作物粒度变异遗传机制的认识。

玉米团队李林的研究组主要从事玉米株型和系统生物学的研究。实验室博士后潘春情与严建兵的研究小组合作,基于前期收集的玉米株型变异高通量数据,首次在一个来源广泛的遗传变异群体中进行了10个株型性状的表型分析和遗传解剖。研究发现,10个玉米株型性状间存在较强的表型相关性,可分为3类,雄穗分枝数和叶片夹角变化最大。有趣的是,雄穗枝叶数量之间的夹角也是玉米育种最重要的选择目标。遗传作图分析已鉴定出近800个控制玉米株型变异的QTL基因座,其中绝大多数(92%)为稀有基因座,仅在一个重组自交系中检测到,表明重组自交系中存在广泛的变异和稀有功能基因座的普遍性。同时,本研究还对高相关性状进行了遗传分析,发现QTL定位的大量“单因素多效应”能很好地解释表型相关性。此外,该研究还验证了5个主要的QTL,并在3号染色体上定位了一个主要的QTL植物高度。本研究系统分析了玉米株型的变异,为玉米理想株型育种提供了目标。

这项研究是由我们大学的玉米小组完成的。博士生刘杰是粮食论文的第一作者,博士后潘春情是植物论文的第一作者,李青和李林分别是粮食和植物论文的共同交流作者,严建兵是这两篇背靠背论文的共同交流作者

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