近日，北京市农林科学院玉米中心在国际学术期刊Scientific Reports（JCR 分区Q1）上发表题为“Sequence polymorphism of the waxy gene in waxy maize accessions forbid characterization of a new waxy allele”的研究论文，对200份糯玉米种质的遗传多样性、亲缘关系进行了分析，构建了玉米远源种、普通玉米、糯玉米农家种和糯玉米自交系间的系统发育树，并鉴定到新的waxy基因突变类型。
糯玉米是普通玉米传入中国后突变产生，具有特殊的营养、加工和经济价值。中国糯玉米种质资源丰富，但是糯玉米的进化历史过程以及糯玉米种质间的亲缘关系尚不清楚。决定玉米糯质特性的waxy基因存在多种突变类型，发掘新的waxy基因突变体并开发其分子标记，可为针对性地鉴定、筛选和选育糯玉米种质提供有效方法。基于此，玉米中心从北京市（包括优良糯玉米品种京科糯2000的父母本）、陕西省、吉林省和韩国收集糯玉米种质200份，利用自主研发并列入农业行业标准（NY/T 1432-2014）的40对核心SSR引物进行基因分型，发现200份糯玉米种质的多态性信息含量（PIC）平均值为0.7，遗传变异丰富，并可划分为3大类群。该结果为糯玉米种质的利用及品种选育提供参考。
图1 200份糯玉米种质类群划分
对其中167份糯玉米和另外14份普通玉米进行waxy基因全长测序，在SKN5等8份糯玉米材料中鉴定到一个新的waxy基因突变类型，它在waxy基因的第3个外显子处存在2286 bp的转座子插入突变，根据转座子类型将该突变类型命名为wx-hAT突变，针对该突变序列开发了PCR功能分子标记。该发现及所开发的分子标记对于保护和利用SKN5等珍稀糯玉米种质具有重要意义。
图2 新的waxy基因突变类型wx-hAT的序列特征
序列变异分析发现糯玉米waxy基因核苷酸多态性低于普通玉米，并且显著偏离中性突变范围，表明受到了明显的选择效应，为糯玉米waxy基因位点受到人工选择提供了分子证据。基于大刍草等8份玉米远源种，7份糯玉米农家种，167份糯玉米自交系和14份普通玉米自交系的waxy基因序列构建系统发育树，也再次证实了大刍草是玉米的祖先，一些糯玉米是由普通玉米转育而来。167份糯玉米种质存在5种类型的waxy基因突变，wx-D7（第7外显子的30bp缺失突变）为主要突变类型，携带相同waxy突变的糯玉米种质聚集在同一分支，waxy突变类型不同的糯玉米种质分布在不同的分支，新发现的wx-hAT突变型糯玉米存在于独立的分支中。这些结果对糯玉米的起源进化提供参考。
图3 基于waxy基因序列构建的系统发育树
骆美洁博士、史亚兴研究员和杨扬博士为该论文第一作者，赵久然研究员、卢柏山研究员为共同通讯作者。该研究得到了北京市自然科学基金、北京学者计划、北京市科技计划项目、北京市农林科学院创新团队建设项目的资助。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41598-020-72764-3
日期：2020-11-26
