中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,、國家玉米改良中心在玉米基因組學(xué)研究又獲重要進(jìn)展,，李建生教授課題組“Genome-wide association study dissects the genetic architecture of oil biosynthesis in maize kernels”研究論文12月16日在Nature Genetics《自然-遺傳》在線發(fā)表,，該期刊影響因子為36.377,。
玉米是我國第一大糧食作物,，油份是玉米籽粒最重要的營養(yǎng)成分之一,。人工創(chuàng)造的高油玉米是研究基因組進(jìn)化的特異材料,。該論文利用包含高油玉米的368份玉米自交系為材料,，利用RNA-seq方法進(jìn)行了籽粒發(fā)育期的轉(zhuǎn)錄組大規(guī)模測序，挖掘了103萬SNP,，獲得了28,769個(gè)基因的表達(dá)量數(shù)據(jù),，同時(shí)分析了兩年4點(diǎn)的籽粒油份相關(guān)性狀?；谌蚪M關(guān)聯(lián)分析,，共發(fā)現(xiàn)74個(gè)座位與籽粒油份相關(guān)性狀顯著關(guān)聯(lián)，其中1/3的座位編碼油脂代謝的關(guān)鍵酶,；鑒定出26個(gè)與籽?？偤土匡@著相關(guān)的座位，能解釋83%的表型變異,。該研究還發(fā)現(xiàn)：人工長期選擇的高油玉米僅在有限基因組位點(diǎn)發(fā)生改變,，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。該研究還發(fā)掘出一些玉米油份相關(guān)性狀的有利等位基因,。從全基因組水平較深入地解析了玉米籽粒油份的遺傳基礎(chǔ),，為認(rèn)識(shí)高油玉米的遺傳結(jié)構(gòu)變異提供了理論基礎(chǔ)，對進(jìn)一步改良玉米油份的含量和質(zhì)量有重要指導(dǎo)意義,。
該論文為我校與華中農(nóng)業(yè)大學(xué),、中國農(nóng)科院作物所、深圳華大基因中心,、美國農(nóng)業(yè)部ARS單位合作完成,。同等貢獻(xiàn)第一作者中有我校博士研究生李慧、碩士研究生王偉東等,。
國際著名期刊《自然·遺傳學(xué)》雜志在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)建兵教授及其合作者的最新研究成果“全基因組關(guān)聯(lián)分析剖析玉米籽粒油份合成的遺傳結(jié)構(gòu)”（Genome-wide association study dissects the genetic architecture of oil biosynthesis in maize kernels）,。首次從全基因組水平對玉米籽粒油份的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了深入解析，提出微效多基因的累加是人工選育高油玉米的成因,，為剖析玉米籽粒油份形成的遺傳結(jié)構(gòu)提供了理論基礎(chǔ),，對進(jìn)一步的玉米品質(zhì)改良和遺傳育種具有重要指導(dǎo)意義。
玉米是我國三大糧食作物之一,，隨著人民生活水品的提高,，對肉蛋奶需求的持續(xù)增加，對玉米的需求也逐年增加,，據(jù)悉今年玉米種植面積和總產(chǎn)量都躍居第一,。油份是玉米籽粒重要的營養(yǎng)成分,，其能量密度和價(jià)值顯著高于淀粉。普通玉米中油份含量一般為4%,，但經(jīng)過人工不斷選育后的高油玉米材料油份含量可達(dá)到20%,，盡管有零星的與玉米籽粒油份相關(guān)基因被克隆和分析的報(bào)道。但在全基因水平上,，高油玉米形成的遺傳基礎(chǔ)尚不明確,。我校嚴(yán)建兵教授和來自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李建生教授，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的王國英研究員,，深圳華大基因的彭智宇博士,，美國農(nóng)業(yè)部的馬蕊琳（Marilyn Warburton）教授等五個(gè)課題組的20名老師和同學(xué)通力合作，利用包括高油玉米在內(nèi)的368份玉米自交系為材料,，利用RNA測序的辦法獲得了一百多萬個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點(diǎn),，利用全基因組關(guān)聯(lián)分析的方法，對兩年四點(diǎn)的籽粒油份相關(guān)性狀進(jìn)行了分析,，共發(fā)現(xiàn)74個(gè)基因（loci）與籽?？傆头菁敖M分顯著關(guān)聯(lián)，其中三分之一是編碼油脂代謝的關(guān)鍵酶基因,。包括26個(gè)與玉米籽?？偤土匡@著相關(guān)的基因，這些基因一起可解釋總油份83%的表型變異,。本研究發(fā)掘出的與玉米籽粒油份合成的關(guān)鍵基因可用于下一步的高油玉米的分子育種,。
“盡管該研究在玉米油份性狀方面取得了一些進(jìn)展，然而揭示關(guān)鍵基因的作用機(jī)制還有待更細(xì)致研究”,，嚴(yán)建兵教授如是說,，“將這些研究結(jié)果最終應(yīng)用于高油玉米的培育，我們?nèi)匀挥泻芏喙ぷ饕?rdquo;,。
嚴(yán)建兵教授于2010年底回到母校工作,，本研究是他回國后發(fā)起和組織的一個(gè)合作項(xiàng)目的階段性研究成果，該成果為進(jìn)一步推動(dòng)我國玉米領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究做出了貢獻(xiàn),。本合作項(xiàng)目的三個(gè)主要參與方：我校嚴(yán)建兵教授,，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李建生教授和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院王國英研究員為本文的共同通訊作者。嚴(yán)建兵教授課題組兩位二年級(jí)碩士研究生劉杰和楊寧也參與了該研究工作,。該研究得到了國家863和自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助,。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/ng.2484
PMC:
PMID:
Genome-wide association study dissects the genetic architecture of oil biosynthesis in maize kernels
Hui Li Zhiyu Peng Xiaohong Yang Weidong Wang Junjie Fu Jianhua Wang Yingjia HanYuchao Chai Tingting Guo Ning Yang Jie Liu Marilyn L Warburton Yanbing Cheng Xiaomin Hao Pan Zhang Jinyang Zhao Yunjun Liu Guoying Wang Jiansheng Li Jianbing Yan
Maize kernel oil is a valuable source of nutrition. Here we extensively examine the genetic architecture of maize oil biosynthesis in a genome-wide association study using 1.03 million SNPs characterized in 368 maize inbred lines, including 'high-oil' lines. We identified 74 loci significantly associated with kernel oil concentration and fatty acid composition (P < 1.8 × 10−6), which we subsequently examined using expression quantitative trait loci (QTL) mapping, linkage mapping and coexpression analysis. More than half of the identified loci localized in mapped QTL intervals, and one-third of the candidate genes were annotated as enzymes in the oil metabolic pathway. The 26 loci associated with oil concentration could explain up to 83% of the phenotypic variation using a simple additive model. Our results provide insights into the genetic basis of oil biosynthesis in maize kernels and may facilitate marker-based breeding for oil quantity and quality.
