玉米野生种基因组研究进展及应用

近日，《生物技术通报》特邀浙江大学农业与生物技术学院陈露研究员（原严建兵老师学生）团队发表综述《玉米野生种基因组研究进展及应用》。本文主要综述了大刍草的基因组进化、数量遗传学、群体遗传学等方面的研究进展，同时对大刍草在未来玉米遗传育种中的应用进行了展望。

玉米的野生近缘种，被统称为大刍草（teosinte）。大刍草主要包括5 个种，7 个亚分类群，这7 种大刍草和栽培玉米一起，构成了玉蜀黍属（Zea genus）。据报道，目前仅有多年生大刍草perennis 是四倍体，其他的大刍草和栽培玉米都是二倍体，拥有10 对染色体。

玉蜀黍属的演化历史

• 以Mangelsdorf 为代表的杂交起源和以Beadle 为代表的单组起源
• 现代玉米单一起源于parviglumis
• 玉米在没有被完全驯化之前，半驯化的本地种就已经引入了北美洲各地，再经亚马逊西南部的二次改良之后，逐渐扩散到南美洲。在这个扩散的过程中，栽培玉米与mexicana 发生着持续的基因渗透，二者可能在距今6 000 年前发生了一次杂交事件，进一步丰富了玉米的遗传多样性，促进了玉米向其他地域的传播。
• 抗涝大刍草luxurians 最早分化出来，随后才是多年生大刍草的分化。此外，对不同大刍草分化时间的推断显示，luxurians 和perennis 的分化时间非常近。

大刍草在玉米遗传学上的应用

展望

栽培玉米狭窄的遗传基础是制约高产、抗性玉米新品种选育的重要因素。大刍草可以作为重要的遗传资源，使得育种家能通过引入近缘物种的等位基因来改良现代玉米。

然而，当前对大刍草遗传多样性的挖掘，主要集中在玉米直系祖先parviglumis 及其姐妹种mexicana 上的几个有限单株上，对大刍草全部遗传多样性的利用还非常滞后。大刍草的其他特性也认识不足，如iploperennis 具有超强的体细胞再生能力，luxurians 可以作为良好的青贮饲料。更重要的是，进一步的野外考察又报道了一些新的、形态和分布上与上述7 个大刍草具有显著差异的物种。这些物种的群体非常小，并且栖息地还受到人类活动的威胁。

伴随着越来越多大刍草基因组的发表，基因功能验证方法飞速发展，大刍草转基因平台的建立，大刍草中有利位点的快速发掘将更为简单。野生种质资源的解析，驯化前优异等位基因的发掘与利用，将加速适应性玉米新品种的培育进程。

作者简介：陈露，博士。浙江大学“新百人计划”研究员，博士生导师。现工作于浙江大学农业与生物技术学院，作物科学研究所。课题组主要从组学大数据出发，探索作物驯化与适应性演化的遗传机制。近年来在《Science》、《Nature Genetics》、《Molecular Plant》等国际知名期刊上发表研究论文12篇。