北京市農林科學院玉米所揭示我國玉米種質資源群體分化基因組特征

近日，北京市農林科學院玉米所趙久然/王鳳格團隊在國際著名植物學期刊《Journal of Integrative Plant Biology》在線發表了題為“Insights into the genomic divergence of maize heterotic groups in China”的科研論文，系統闡述了我國玉米種質資源群體分化基因組特征和群體間遺傳改良規律。

該研究基于我院玉米所收集的5822份玉米自交系種質材料，利用自主研發的Maize6H-60K基因芯片獲取基因型數據。同時篩選出150份代表性核心玉米自交系，并獲得重測序數據。通過群體結構分析方法將5822份玉米自交系劃分為7大類群，這與我國現代玉米育種中廣泛應用的核心育種群體相一致。

研究發現，5822份玉米自交系主要形成3種葉綠體胞質類型（CC Ⅰ、CC Ⅱ和CC Ⅲ），其中320份玉米自交系隸屬于胞質類型CC Ⅰ，647份玉米自交系隸屬于胞質類型CC Ⅱ，4855份玉米自交系隸屬于胞質類型CC Ⅲ。胞質類型CC Ⅰ和CC Ⅱ主要集中于雜種優勢群黃改群（HG1）和旅大紅骨群（HG2），同時CC Ⅱ具有溫帶玉米種質（GRG2）和熱帶/亞熱帶玉米種質（GRG4）特征，意味著我國玉米溫帶種質和熱帶/亞熱帶種質間存在遺傳滲入。雜種優勢群基因組特征分析發現等位基因頻率的增加和基因型的固定是驅動雜種優勢群分化的主要因素。雜種優勢群間90.38%的基因組分化區間為特異性分化區間，分化區間的染色體分布表現出明顯的不均一性和差異性，表明特定基因組區間的分化和分化基因組的差異是雜種優勢群間差異分化的主要原因。

全基因組選擇消除分析表明選擇在玉米群體分化過程中發揮著重要作用。在7個雜種優勢群中鑒定到317個核心選擇基因，主要參與生物和非生物脅迫響應、植物防御等生物學過程。通過全基因組關聯分析，鑒定到26個與玉米開花時間、行粒數、穗上部葉片數、雄穗分支數等性狀緊密相關的核心選擇基因，能夠作為玉米遺傳改良的候選基因池，指導玉米育種。基因流分析表明我國雜種優勢群間的基因交流盡可能避開主要雜優模式，以實現群體間的遺傳改良以及雜優模式的優化與利用。本研究有助于推動我國玉米種質資源的再利用、玉米新種質的創新和雜優模式的優化。

該論文的第一通訊單位為北京市農林科學院。我院玉米所博士后薛英杰博士為論文第一作者，助理研究員趙怡錕、博士研究生張云龍和王蕊副研究員為論文共同第一作者。我院玉米所王鳳格研究員和趙久然研究員為論文的共同通訊作者。該研究得到生物育種-國家科技重大專項（2022ZD04017）、北京市農林科學院創新能力建設項目（NO. KJCX20230301）和國家數字種業創新中心的資助和支持。