11月22日，北京市农林科学院玉米DNA指纹及分子育种北京市重点实验室分子检测团队在国际知名植物学期刊The Plant Journal（IF=6.141）在线发表题为“New resources for genetic studies in maize （Zea mays L.）： a genome-wide Maize6H-60K SNP array forbid its application”的研究论文，报道了Maize6H-60K SNP芯片研制过程及其在玉米种质资源评估、分子鉴定、分子育种中的应用。
尽管玉米已有较多分子标记可用，但是种质资源的有效评价、品种的精准鉴定、高效低成本地进行大量材料的基因分型仍然具有挑战性。为了推进玉米高密度、高效率SNP基因分型技术的应用，研究人员基于全球收集的388个玉米自交系的全基因组重测序数据，研制了Maize6H-60K SNP芯片。首先在核基因组上挖掘定位到了160M个SNP位点，建立原始SNP位点信息集。经过测序数据覆盖度、位点质量分值评估，获得25.6M个SNP位点，形成优异SNP位点池。并行开发了100个叶绿体基因组位点，并入到优异位点池中。将上述优异位点基于侧翼序列保守性、芯片平台兼容性、位点杂合率进一步筛选评估，并将玉米核基因组按照100kb窗口划分为20,599个bins，每个bin内随机选取约10个SNP位点，最后获得候选位点199,875个，形成筛选芯片位点组合。进一步采取更加严格过滤参数，筛选高质量、高多态、均匀分布的位点组合，最终确定61,282个位点，形成Maize6H-60K芯片（图1）。芯片包含60K位点均匀分布在玉米10条染色体上，35%的位点位于基因内区域，其中21%位于编码区（图2）。
图1、Maize6H-60K 芯片包含的位点筛选评估流程图
图2、Maize6H-60K包含的SNP位点在玉米基因组上的分布
利用329个代表自交系、221个国审杂交种、34套三联体（父、母本及F1）以及育种群体材料对60K芯片进行多维度评估。结果显示80%的位点被评估为高质量、高效率位点，超过85%的位点MAF值大于0.20；利用60K芯片对329份自交系的类群划分结果与已发表种质资源评估结果和已知系谱关系一致，并能进一步细化国内种质材料的分群。221个杂交种之间的遗传距离分析显示SNP和SSR标记结果具有极高的相关性，数据点集中分布，并成线性关系（图3）。
图3、玉米杂交种鉴定SNP和SSR指纹数据相关性分析
60K芯片在分子辅助育种中具有较高的应用潜力。DH系和RIL群体后代与奠基者材料之间遗传背景关系分析显示，由群间自交系、群内自交系构建的群体材料多态位点比例分别为35%和25%，并且多态性位点相对均匀分布于基因组上（图4）。
图4、育种群体后代材料的遗传背景分析
所研制的全基因组、高密度Maize6H-60K芯片是玉米分子遗传研究的重要辅助工具，是集品种鉴定、品种确权、分子育种等多用途为一体的新型芯片。该芯片已授权生产10万张，通过科企合作联合体模式已在多家大型种企进行规模化应用，累计检测玉米杂交种、自交系、种质资源、DH系、育种群体等3万多份样品，通过大量材料的应用进一步验证了Maize6H-60K芯片具有高质量、高鉴别力、高兼容性、高灵活性等特点。
田红丽博士、杨扬博士、易红梅博士为论文第一作者，赵久然研究员和王凤格研究员为通讯作者。相关工作得到了国家重点研发计划、北京学者计划的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15089
日期：2020-12-01
