4月28日，《自然-遺傳學(xué)（Nature Genetics）》在線發(fā)表中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所玉米功能基因組創(chuàng)新團隊與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位合作的最新研究成果，該研究闡析了現(xiàn)代育種過程玉米基因組選擇與遺傳改良規(guī)律。該成果為加速玉米遺傳改良與精準(zhǔn)設(shè)計育種提供了理論基礎(chǔ)。
據(jù)王海洋研究員介紹，玉米是目前世界第一大農(nóng)作物，廣泛作為糧食、飼料和工業(yè)原材料。在過去幾十年間，經(jīng)過不斷耐密性品種改良與種植密度提升，玉米單產(chǎn)成倍增長。但玉米現(xiàn)代育種過程中品種耐密性改良的遺傳基礎(chǔ)和選擇規(guī)律尚未系統(tǒng)解析。科研人員收集了近幾十年來國內(nèi)外不同育種時期廣泛使用的350份玉米育種材料，經(jīng)過多環(huán)境表型分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代玉米育種過程中，育種材料均經(jīng)歷了向更低穗位、更少雄穗分枝數(shù)、更緊湊葉夾角及更早開花期方向的趨同選擇；進一步采用全基因組重測序，結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析，挖掘出233個與15個農(nóng)藝性狀有顯著關(guān)聯(lián)的基因位點；鑒定到1,888個受育種選擇的基因組區(qū)域（育種指紋），涉及近5000個功能基因；基因富集分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代玉米育種主要選擇與生物脅迫抗性、非生物脅迫抗性、植物激素代謝及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及開花期調(diào)控通路相關(guān)的基因。最后，研究者利用CRISPR/Cas9 技術(shù)創(chuàng)制功能缺失突變體，證明2個在現(xiàn)代玉米育種過程中受到選擇的基因ZmPIF3.3 和TSH4，分別在調(diào)控玉米株高（穗位高）和雄穗分枝數(shù)方面發(fā)揮重要作用。
該研究明確了穗位、雄穗分枝數(shù)、葉夾角和開花期對于提高玉米耐密性的關(guān)鍵作用，為耐密玉米品種遺傳改良提供了方向性指引；闡明現(xiàn)代玉米育種過程全基因組選擇與遺傳改良規(guī)律，挖掘出一大批調(diào)控耐密株型和抗逆性關(guān)鍵候選基因，為玉米耐密抗逆全基因組設(shè)計育種提供了理論基礎(chǔ)和基因資源。該研究成果也可為其他作物（如水稻、小麥等）遺傳育種規(guī)律的解析和優(yōu)良基因挖掘提供有益借鑒。
該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、廣東省基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究重大計劃等項目資助。（通訊員 崔艷）
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41588-020-0616-3
