近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米所在植物科學(xué)1區(qū)Top期刊Frontiers in Plant Science（2022 IF=5.6）在線發(fā)表題為“Genomic analysis of a new heterotic maize group reveals key loci for pedigree breeding”的研究論文。該研究從全基因組水平上解析了X系在育種改良過程中的基因組演變規(guī)律，揭示了其高產(chǎn)的關(guān)鍵位點(diǎn)和靶基因，為基因組育種奠定了理論基礎(chǔ)。

 

　　玉米所利用外引種質(zhì)X1132x，創(chuàng)制選育出了京724、京725、京464、京MC01等多個優(yōu)良玉米自交系（統(tǒng)稱為X系），并在此基礎(chǔ)上采用“X群×黃改群”強(qiáng)雜優(yōu)模式培育出了京科968（京724×京92）、京農(nóng)科728（京MC01×京2416）、京科665（京725×京92）、NK718（京464×京2416）等系列新品種。為解析X系育種改良過程中全基因組的演變和高產(chǎn)關(guān)鍵基因，本研究通過對512個玉米自交系進(jìn)行群體遺傳分析，發(fā)現(xiàn)X系與黃改群自交系遺傳距離最遠(yuǎn)、雜種優(yōu)勢最強(qiáng)。通過對代表性X系進(jìn)行產(chǎn)量相關(guān)性狀分析，結(jié)果表明X系幾乎所有產(chǎn)量性狀均優(yōu)于選系親本。進(jìn)一步對這些骨干系進(jìn)行全基因組測序，通過分析雙親轉(zhuǎn)移到X系的IBD片段，從雙親中分別鑒定出29和28個IBD保守區(qū)段（ICRs），各占親本基因組的28.8%和12.8%?；?pi;、Tajima's D和CLR分析，分別鑒定到103、89和131個選擇性消除區(qū)段（SSWs）。其中，96.13%為ICRs與SSWs共定位，表明SSWs信號集中在ICRs中，揭示這些重疊區(qū)域是X系育種改良的關(guān)鍵區(qū)段。利用性狀本體注釋系統(tǒng)（TO）等在ICRs和SSWs中鑒定并注釋了171個玉米產(chǎn)量性狀相關(guān)基因。通過對來自DH群體的240個株系進(jìn)行QTL定位，鑒定出10個產(chǎn)量相關(guān)性狀的55個QTLs。此外，在ICRs和SSWs中檢測到3個QTL簇，并最終確定了X系高產(chǎn)的3個關(guān)鍵基因UB2、PHO1和FIE1。

 

　　玉米所李志勇、李春輝為該論文的共同第一作者，趙久然研究員、宋偉研究員和王元東研究員為通訊作者。該研究得到了北京市農(nóng)林科學(xué)院基因組學(xué)育種協(xié)同創(chuàng)新中心建設(shè)項目（KJCX201907-2）以及北京學(xué)者項目（BSP041）的資助。