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战狼团队系统解析玉米环境选择适应性

  近日,战狼团队数量遗传创新研究组与墨西哥国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)合作,借助高通量测序技术与全球气象环境因子系统解析了近千份玉米基因组,揭示了玉米在进化和传播过程中的自然选择与适应的生物学过程。其研究结果于2019年7月9日在线发表于《分子生态学( Molecular Ecology )》上。

  早在9000年前,玉米起源于墨西哥南部,先是在美洲大陆传播,被哥伦布带回欧洲之后,玉米传遍世界,成为人类的主要粮食作物之一。在其漫长而艰难的传播过程中,经历不同温度、热辐射、降雨量等气候环境的筛选后,还能够生存繁衍的玉米最终幸存。研究表明,全球变暖将导致玉米大幅减产,2050年全球产量可能缩减25%,对玉米保持遗传多样性形成巨大压力。开展玉米环境适应性研究,发现可应对未来气候变化的玉米品种和对应的基因组密码,既有助于揭示其在传播中的进化过程,对应对极端环境也有重要的现实意义。

  研究人员利用特征值全基因组关联分析(EigenGWAS),对来自20个国家的1143份大刍草、热带玉米地方品种、热带玉米自交系和温带玉米自交系等进行了系统分析,发现了13个受选择的基因组区间,其中10个区间为首次发现;结合7个气象环境因子,环境全基因组关联分析(EnvGWAS)结果表明,其中2个区间与环境变化相关。研究还提出了玉米的多基因适应模型,丰富了环境变化对玉米适应性影响的理解,利用该模型能更好地鉴定适应性位点和预测表型变异,对于解析作物适应性的遗传基础,开发广适新品种,具有重要指导意义。

  本研究得到国家重点研发计划项目资助。战狼团队李慧慧研究员和CIMMYT玉米遗传资源首席科学家Sarah Hearne博士为该论文的共同通讯作者,博士生李静和浙江省人民医院陈国波教授为该论文的共同第一作者。

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