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华中农大解析野生大刍草对玉米遗传改良的贡献

 

本报讯 近日,华中农业大学玉米团队严建兵教授课题组与生物信息团队陈玲玲教授课题组合作,借助一种创新的遗传设计,巧妙组装了玉米和大刍草的基因组,解析了玉米野生近缘种大刍草对现代玉米遗传改良的贡献。

研究表明,现代栽培玉米是大约一万年前由生长在低海拔地区的野生大刍草驯化而来。众所周知,驯化过程极大地降低了作物的多样性,使大量优异的基因资源丢失。利用野生资源进行作物的遗传改良越来越受到育种学家的重视。恰好,另外一种生长在高原地区的大刍草可以与现代栽培玉米自由杂交,表明玉米野生近缘种大刍草和现代栽培玉米之间存在一定基因渗透,为现代栽培玉米遗传改良提供了一种新思路。但目前,育种学家对两者间基因渗透的范围以及对现代玉米遗传改良的贡献还知之甚少,重要原因是野生大刍草和现代玉米的基因组大小类似,都高度复杂,有超过85%的重复序列,基因组组装非常困难。

科研团队基于以往的研究成果,创新性地通过遗传设计把复杂的玉米和类蜀黍的基因组分成100多个小的区段,从而大大降低了基因组复杂性。结合二代和三代测序技术,混合组装出了较高质量的玉米和类蜀黍基因组。比较基因组学的分析发现,栽培和野生玉米基因组之间存在大量的结构变异。利用公共发表数据,通过对数百个玉米自交系和数十个野生大刍草材料进行比较分析,发现几乎每个玉米材料中都存在少量野生大刍草的基因组片段,总体来看有超过10%的玉米基因组与野生大刍草基因组存在基因渗透,野生大刍草基因组对玉米的适应性,尤其是从平原到高原的适应和改良存在着显著贡献。

基于这种创新的遗传设计,该研究还第一次准确估计出玉米每自交一代可以发生49到89个点突变,其中有害突变更倾向于在近着丝粒区域富集。该研究为下一步深入挖掘来自野生玉米材料中的优异基因,构建玉米泛基因组和玉米的遗传改良提供了宝贵资源和新的思路。(杨宁 晓齐 贾禾)

《中国科学报》 (2017-12-06 第6版 科研)


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