玉米“育种选择指纹”首获解析

 
 
玉米“育种选择指纹”首获解析  
 

现代玉米育种过程中玉米株型性状的选择规律          王宝宝供图

“民以食为天，粮以种为先”。今天我们餐桌上丰富的食物都经历了从野生祖先种到地方种的驯化过程，再经过近代育种家的不断改良，提高其产量，改良其食味、品质和收获方式。揭示这个过程中作物经历的变化是科学家们感兴趣的科学问题。

时至今日，大多数作物的早期驯化过程已被科学家逐步揭晓。但是，它们如何由早期地方种进一步改良为现代集约化栽培的优良商业化品种？

4月27日，《自然—遗传》在线发表中国农业科学院生物技术研究所、华南农业大学、北京大学等单位的合作研究成果。他们利用基因组学研究手段系统解析了国内外现代玉米选育过程中的“育种选择指纹”，阐明了近几十年来中美两国玉米育种的遗传改良规律。

“这是一个跨越不同育种年代、不同国家的玉米育种选择规律分析。我们综合采用多种生物技术手段，从全基因组水平解析育种规律，从而挖掘近一个世纪以来玉米关键农艺性状改良和产量提升的遗传基础和关键调控基因。”论文共同通讯作者、华南农业大学生命科学学院教授王海洋在接受《中国科学报》采访时说。

跨年代跨国：代表性育种材料系统分析

玉米是目前全球第一大农作物，也是我国产量最高的作物，其广泛用作粮食、饲料和工业原材料。我国目前年种植玉米达6亿亩以上，占我国可用耕地面积的1/3以上。

作为玉米产量全球第二的国家，中国在不到一个世纪的时间内实现了玉米产量7-8倍的增长。同样的，这个时期世界其他国家，如美国和欧洲一些国家的玉米产量也发生了成倍的增长。

“相比于漫长的驯化过程，玉米作物改良在短短几十年间取得的成就大大超越以前的积累。相当于每10年产量翻番。”王海洋认为，这是一个神奇的过程。当时的育种家既没有现代生物技术，也不懂分子生物学，“他们选择了那些对产量提高非常有用的性状，一些看得见摸得着的性状”。

于是，他们就想了解这个改良过程在玉米基因组层面留下了什么样的印迹，育种家们到底选择了哪些有用的基因。

“依靠过去这种改良方法，育种效率已变得越来越低。现在育种家可能花了很多的人力、物力和时间，但选出的品种未必见得比10年前选出的品种更好， 造成人力和财力的巨大浪费。了解玉米育种选择指纹或印迹，可以有效打破当下传统育种手段的瓶颈效应。”王海洋说。

论文共同第一作者、中国农业科学院生物技术研究所研究员王宝宝对《中国科学报》说，他们花1年半时间，从种质资源库和中外育种学家手中搜集了350份玉米育种材料。其中，美国材料分早期公共自交系和Ex-PVP自交系两个时期，中国材料分1960s-1970s、1980s-1990s、2000s-2010s三个时期。“我们的金标准是，这些亲本育种材料曾培育出代表性的大面积推广的品种，在现代育种历程中真正发挥过作用。”

“这项研究的取样非常独特。这些材料在中美两国的玉米生产史上发挥了重要作用。”中国农业大学国家玉米改良中心教授田丰说，此前也有大规模群体的玉米表型分析，但是按照不同年代去做表型和基因型系统进化分析研究的，确实很少。“它能回答一个关键的科学问题，即从基因组水平来看，玉米在近几十年现代育种过程中到底发生了什么变化。”

表型剧变的基因组选择证据