Nature Genetics：玉米籽粒油份遗传结构解析

中国农业大学,2012-12-18

中国农业大学农学院、国家玉米改良中心在玉米基因组学研究又获重要进展，李建生教授课题组“Genome-wide association study dissects the genetic architecture of oil biosynthesis in maize kernels”研究论文12月16日在Nature Genetics《自然-遗传》在线发表，该期刊影响因子为36.377。

玉米是我国第一大粮食作物，油份是玉米籽粒最重要的营养成分之一。人工创造的高油玉米是研究基因组进化的特异材料。该论文利用包含高油玉米的368份玉米自交系为材料，利用RNA-seq方法进行了籽粒发育期的转录组大规模测序，挖掘了103万SNP，获得了28,769个基因的表达量数据，同时分析了两年4点的籽粒油份相关性状。基于全基因组关联分析，共发现74个座位与籽粒油份相关性状显著关联，其中1/3的座位编码油脂代谢的关键酶；鉴定出26个与籽粒总含油量显著相关的座位，能解释83%的表型变异。该研究还发现：人工长期选择的高油玉米仅在有限基因组位点发生改变，有利等位基因的累加可能是高油玉米油份增加的主要原因。该研究还发掘出一些玉米油份相关性状的有利等位基因。从全基因组水平较深入地解析了玉米籽粒油份的遗传基础，为认识高油玉米的遗传结构变异提供了理论基础，对进一步改良玉米油份的含量和质量有重要指导意义。

该论文为我校与华中农业大学、中国农科院作物所、深圳华大基因中心、美国农业部ARS单位合作完成。同等贡献第一作者中有我校博士研究生李慧、硕士研究生王伟东等。

国际著名期刊《自然·遗传学》杂志在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室严建兵教授及其合作者的最新研究成果“全基因组关联分析剖析玉米籽粒油份合成的遗传结构”（Genome-wide association study dissects the genetic architecture of oil biosynthesis in maize kernels）。首次从全基因组水平对玉米籽粒油份的遗传基础进行了深入解析，提出微效多基因的累加是人工选育高油玉米的成因，为剖析玉米籽粒油份形成的遗传结构提供了理论基础，对进一步的玉米品质改良和遗传育种具有重要指导意义。

玉米是我国三大粮食作物之一，随着人民生活水品的提高，对肉蛋奶需求的持续增加，对玉米的需求也逐年增加，据悉今年玉米种植面积和总产量都跃居第一。油份是玉米籽粒重要的营养成分，其能量密度和价值显著高于淀粉。普通玉米中油份含量一般为4%，但经过人工不断选育后的高油玉米材料油份含量可达到20%，尽管有零星的与玉米籽粒油份相关基因被克隆和分析的报道。但在全基因水平上，高油玉米形成的遗传基础尚不明确。我校严建兵教授和来自中国农业大学李建生教授，中国农业科学院的王国英研究员，深圳华大基因的彭智宇博士，美国农业部的马蕊琳（Marilyn Warburton）教授等五个课题组的20名老师和同学通力合作，利用包括高油玉米在内的368份玉米自交系为材料，利用RNA测序的办法获得了一百多万个单核苷酸多态性（SNP）位点，利用全基因组关联分析的方法，对两年四点的籽粒油份相关性状进行了分析，共发现74个基因（loci）与籽粒总油份及组分显著关联，其中三分之一是编码油脂代谢的关键酶基因。包括26个与玉米籽粒总含油量显著相关的基因，这些基因一起可解释总油份83%的表型变异。本研究发掘出的与玉米籽粒油份合成的关键基因可用于下一步的高油玉米的分子育种。

“尽管该研究在玉米油份性状方面取得了一些进展，然而揭示关键基因的作用机制还有待更细致研究”，严建兵教授如是说，“将这些研究结果最终应用于高油玉米的培育，我们仍然有很多工作要做”。

严建兵教授于2010年底回到母校工作，本研究是他回国后发起和组织的一个合作项目的阶段性研究成果，该成果为进一步推动我国玉米领域的基础研究做出了贡献。本合作项目的三个主要参与方：我校严建兵教授，中国农业大学李建生教授和中国农业科学院王国英研究员为本文的共同通讯作者。严建兵教授课题组两位二年级硕士研究生刘杰和杨宁也参与了该研究工作。该研究得到了国家863和自然科学基金等项目的资助。

论文链接：Genome-wide association study dissects the genetic architecture of oil biosynthesis in maize kernels