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 植科）近日，我校玉米团队严建兵课题组分别与李青课题组、李林课题组合作在Plant Physiology在线发表了题为“The conserved and unique genetic architecture of kernel size and weight in maize and rice” “The genetic basis of plant architecture in 10 maize recombinant inbred line populations”的两篇背靠背研究论文。该玉米团队通过系统的高通量遗传剖析，分别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。

玉米籽粒产量与株型变异

玉米是重要的粮饲兼用作物，也是重要的经济与工业原料。目前，玉米也是全世界范围内种植面积最大的作物。在过去的80年里，玉米产量提高了8倍多，而其中有一半以上得益于育种家对玉米直接产量性状（如籽粒的籽长、粒宽与粒厚等）与株型的选择育种。玉米籽粒性状与株型性状在玉米育种过程了发生了显著的变异，而其变异的遗传机理在广泛的遗传背景下并没有完全被解析。我校玉米团队严建兵课题组前期构建了来自14个具有广泛遗传变异的自交系亲本的10个重组自交系群体（ROAM群体；Pan和Li等New Phytologist，2016），并对该群体进行了5~12个点的多年田间试验与表型鉴定，获得了可用于解析复杂数据性状遗传机理的高通量基因型与表型数据。

玉米团队李青课题组主要从事玉米表观遗传变异以及其对玉米产量性状的调控机理研究。基于严建兵课题组前期的玉米籽粒数据，合作利用三种遗传统计方法，对玉米籽粒性状遗传变异的机理进行剖分，鉴定到729个控制玉米籽粒大小变异的QTL，其中22个为主效的QTL位点。玉米与水稻的籽粒性状比较功能基因组分析发现，近80%的玉米与水稻籽粒大小同源基因都共定位于玉米籽粒大小QTL区域。进一步的分子生物学实验验证了一个水稻在玉米中的籽粒大小同源基因ZmINCW1，其在玉米中行使相同的功能，控制着玉米籽粒大小与粒重的变异。这些结果表明，尽管控制籽粒大小变异的遗传机制复杂，但在玉米和水稻中具有相对保守的调控机制。该研究加深了人们对禾本科作物籽粒大小变异的遗传机理理解。

玉米团队李林课题组主要从事玉米株型与系统生物学研究。该实验室博士后潘清春与严建兵课题组合作，基于前期收集的玉米株型变异高通量数据，首次在多个来源的具有广泛遗传变异的大群体中进行10个株型性状的表型分析与遗传剖分。该研究发现，10个玉米株型性状之间具有较强的表型相关，可聚为三大类，其中雄穗分支数与叶夹角变异最大。有意思的是，雄穗分支数与叶夹角也是玉米育种的最为重要的选择靶标。遗传定位分析共鉴定到了近800个控制玉米株型变异的QTL位点，其中绝大多数（92%）为稀有位点，只在一个遗传群体中检测到，说明遗传群体的广泛变异以及稀有功能位点的普遍性。同时，该研究还对相关度较高的性状进行遗传分析，发现定位到的大量“一因多效性”QTL可以很好地解释表型相关。进一步，该研究还验证了5个主效的QTL并精细定位了一个位于第三号染色体上的株高主效QTL。该研究对玉米株型变异进行了系统剖析，为玉米理想株型育种提供了靶标。

该研究由我校玉米团队合作完成，博士生刘杰为籽粒论文的第一作者，博士后潘清春为株型论文的第一作者，李青与李林分别为籽粒和株型论文的共同通讯作者，严建兵为两篇背靠背论文的共同通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金委、十三五国家重点研发计划以及华中农业大学科学与技术自主创新基金的资助。