中国玉米地方品种的群体遗传学研究揭示了其局部适应性以及未被充分开发的育种潜力

《Journal of Integrative Agriculture》：Population genetics of Chinese maize landraces reveals local adaptation and underutilized breeding potential

　　

谢森|岳轩路|赵友宇|张登峰|李永祥|何冠华|李振菊|王天宇|李宇|吕云彩|李春辉|刘旭阳

黑龙江大学农业与环境生态学院，哈尔滨150080，中国

摘要

玉米地方品种经过长期对多种环境的适应而形成，是现代育种中极其宝贵但尚未得到充分开发的资源。尽管具有巨大潜力，但这些地方品种的遗传结构及其育种价值仍缺乏深入研究。在这项研究中，我们建立了一个包含3,187个玉米地方品种的全球多样性数据库（其中2,042个来自中国），并结合了teosintes（古老玉米品种）和现代自交系的基因组数据，以追溯玉米的进化历程和育种历史。我们将中国玉米地方品种划分为7个不同的遗传群体，这些群体的空间分布与中国的主要农业生态区高度吻合，表明其遗传结构深受当地环境的影响。TreeMix和f_d分析显示，主要分布于黄淮海平原的CL3地方品种群体与Sipingtou（SPT）自交系之间存在显著的基因流动。XP-CLR分析进一步表明，这些选定的基因组区域包含与非生物胁迫响应、开花期调控和生长过程相关的基因，凸显了地方品种衍生等位基因的功能重要性。通过全基因组关联研究（GWAS），我们鉴定出许多与关键性状相关的候选基因，包括已知的开花调控基因ZCN8和抗病基因OPR8。虽然现代育种已有效积累了许多有利于目标性状的等位基因，但地方品种仍保留着独特的有利等位基因，尤其是在开花时间和抗病性方面，这些等位基因在很大程度上尚未被利用。本研究提供了丰富的遗传资源，并揭示了中国玉米地方品种的进化与育种动态。我们的发现强调了有针对性地利用地方品种多样性对于拓宽遗传基础和提高未来玉米育种抗逆性的必要性。