北京市农林科学院玉米所揭示我国玉米种质资源群体分化基因组特征

近日，北京市农林科学院玉米所赵久然/王凤格团队在国际著名植物学期刊《Journal of Integrative Plant Biology》在线发表了题为“Insights into the genomic divergence of maize heterotic groups in China”的科研论文，系统阐述了我国玉米种质资源群体分化基因组特征和群体间遗传改良规律。

该研究基于我院玉米所收集的5822份玉米自交系种质材料，利用自主研发的Maize6H-60K基因芯片获取基因型数据。同时筛选出150份代表性核心玉米自交系，并获得重测序数据。通过群体结构分析方法将5822份玉米自交系划分为7大类群，这与我国现代玉米育种中广泛应用的核心育种群体相一致。

研究发现，5822份玉米自交系主要形成3种叶绿体胞质类型（CC Ⅰ、CC Ⅱ和CC Ⅲ），其中320份玉米自交系隶属于胞质类型CC Ⅰ，647份玉米自交系隶属于胞质类型CC Ⅱ，4855份玉米自交系隶属于胞质类型CC Ⅲ。胞质类型CC Ⅰ和CC Ⅱ主要集中于杂种优势群黄改群（HG1）和旅大红骨群（HG2），同时CC Ⅱ具有温带玉米种质（GRG2）和热带/亚热带玉米种质（GRG4）特征，意味着我国玉米温带种质和热带/亚热带种质间存在遗传渗入。杂种优势群基因组特征分析发现等位基因频率的增加和基因型的固定是驱动杂种优势群分化的主要因素。杂种优势群间90.38%的基因组分化区间为特异性分化区间，分化区间的染色体分布表现出明显的不均一性和差异性，表明特定基因组区间的分化和分化基因组的差异是杂种优势群间差异分化的主要原因。

全基因组选择消除分析表明选择在玉米群体分化过程中发挥着重要作用。在7个杂种优势群中鉴定到317个核心选择基因，主要参与生物和非生物胁迫响应、植物防御等生物学过程。通过全基因组关联分析，鉴定到26个与玉米开花时间、行粒数、穗上部叶片数、雄穗分支数等性状紧密相关的核心选择基因，能够作为玉米遗传改良的候选基因池，指导玉米育种。基因流分析表明我国杂种优势群间的基因交流尽可能避开主要杂优模式，以实现群体间的遗传改良以及杂优模式的优化与利用。本研究有助于推动我国玉米种质资源的再利用、玉米新种质的创新和杂优模式的优化。

该论文的第一通讯单位为北京市农林科学院。我院玉米所博士后薛英杰博士为论文第一作者，助理研究员赵怡锟、博士研究生张云龙和王蕊副研究员为论文共同第一作者。我院玉米所王凤格研究员和赵久然研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到生物育种-国家科技重大专项（2022ZD04017）、北京市农林科学院创新能力建设项目（NO. KJCX20230301）和国家数字种业创新中心的资助和支持。