特约综述 | 陈露-玉米野生种基因组研究进展及应用

玉米野生种基因组研究进展及应用

胡伊娃，陈露

DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2023-1131

玉米（Zea mays ssp. mays）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，具体可以分为小颖大刍草，墨西哥大刍草，多年生大刍草，四倍体多年生大刍草，繁茂大刍草，尼加拉瓜大刍草。大刍草拥有对多种环境的适应能力，在炎热潮湿的低地、温暖干旱的山谷等地域都可以生存。

在快速的驯化过程中，玉米不仅在形态和生殖器官上与大刍草发生了巨大的分化，在分子水平上也发生了明显的变化。由于驯化瓶颈的作用，现代玉米已经丢失了大量的遗传多样性，包括大量对生物和非生物胁迫的抗性基因，缺乏应对气候变化的有利突变。对大刍草的深入认知，挖掘大刍草中的有益位点，是未来气候变化下保证玉米稳定生产的关键途径之一。

近日，《生物技术通报》特别邀请浙江大学农业与生物技术学院陈露研究员团队发表综述《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。

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本文主要包括以下几部分内容：

1 玉蜀黍属的演化历史

1.1 栽培玉米的起源

1.2 大刍草的系统发育关系

2 大刍草与玉米的差异

2.1 大刍草与玉米的性状差异

2.2 大刍草与玉米的基因组差异

3 大刍草在玉米遗传学上的应用

3.1 玉米表型变异数量性状位点的鉴定

3.2 玉米表型变异关键基因鉴定

4 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。随着一些大刍草亲本定位群体的开发，这个问题可能会有一定的改善。此外，目前对其他大刍草特性的认知仍然非常少，极大地忽略了其他大刍草在玉米遗传学、农业生产实践上的潜在应用价值。例如，diploperennis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。例如2011年于墨西哥的Nayarit、Michoacan、Oaxaca发现的3种大刍草，2013年于哥斯达黎加的Murcielago群岛上发现的Zea vespertilio。值得注意的是，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。未来作物遗传资源的保护应该不局限于作物本身，还应加强对已有野生资源的保护及未知野生种质资源的考察与鉴定。

随着高通量组学测序技术的发展，在多个水平解析植物基因组的特征也变得越来越容易。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。

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