南湖新聞網訊（通訊員 王席 ）玉米重要農藝性狀的遺傳解析對作物性狀的遺傳改良和全球的糧食安全非常重要。玉米雄穗分枝數是現代玉米育種過程中重要的選擇目標，由眾多微效的數量性狀位點（QTL）控制。到目前為止，仍然缺乏快速批量克隆數量性狀位點的方法，這嚴重限制了玉米雄穗分枝數性狀的系統解析，一定程度上阻礙了現代玉米分子育種的發展。 　　8月26日，華中農業大學植物科學技術學院李林教授課題組在Nature Communications在線發表了題為“QTG-Miner aids rapid dissection of the genetic base of tassel branch number in maize” 的研究論文，開發了一種快速批量克隆作物數量性狀位點的新方法QTG-Miner，定位并克隆了7個玉米雄穗分枝數功能基因，構建了玉米雄穗分枝數的分子調控網絡，并揭示了現代玉米遺傳改良過程中雄穗分枝數性狀的馴化選擇情況。 　　QTG-Miner方法的流程包括QTL的初定位、單個QTL位點分離材料的篩選和測序及利用QTG-Miner進行候選基因的挖掘三個步驟（圖1）。 　　利用QTG-Miner方法，作者實現了快速批量克隆玉米雄穗分枝數QTL位點，克隆了7個雄穗分枝數QTL位點的功能基因。利用EMS突變體對上述基因進行了表型驗證。同時作者也對其中的兩個基因（ZmKinesin和Zmhd-zip120）進行了基因敲除實驗，進一步證實了候選基因的真實性（圖2）。 　　進一步，作者構建了玉米雄穗分枝數的分子調控網絡，GO富集分析發現網絡中的基因顯著富集在多個生物學途徑中。新的雄穗分枝數分子調控網絡為從全局層面理解雄穗分枝數性狀的發育機理提供了思路，也為新基因的挖掘提供了方向（圖3）。 　　作者也探究了現代玉米育種過程中雄穗分枝數基因的選擇歷程。以lrs1基因為例，該基因在現代玉米改良的過程中受到了強烈的選擇，序列多態性顯著降低，優良等位基因型在玉米中的占比顯著增加，也使得現代育種自交系的雄穗分枝數持續減少。 　　該研究開發了一種快速批量克隆作物數量性狀位點的新方法QTG-Miner，為系統解析作物重要農藝性狀的遺傳基礎提供了方法和思路。該方法同樣適用于玉米以及其他物種的多個農藝性狀，具有非常廣泛的應用前景。華中農業大學博士研究生王席與李娟為論文的共同第一作者，華中農業大學李林教授為通訊作者。感謝齊魯師范學院路小鐸教授和中國農科院李慧慧研究員對于本課題提供的幫助和建議，感謝仲愷農業工程學院齊永文教授在原始數據收集上的幫助，感謝中國農科院張春義研究員和齊魯師范學院路小鐸教授構建的玉米EMS誘變突變體庫。該研究得到了國家自然科學基金項目、海南省崖州灣種子實驗室項目、湖北洪山實驗室重大項目、華中農業大學科技自主創新基金項目的資助。 　　李林課題組聚焦于玉蜀黍系統生物學研究，利用生物大數據與人工智能算法，系統解析了玉米密植高產的株型遺傳基礎，開發了作物精準智能設計育種體系CropGPT，服務于我國農作物生物種業。自2016年回國組建獨立課題組以來，以通訊作者在Nature Genetics, Nature Biotechnology, Genome Biology, Molecular Plant （4篇），Nature Communications等國際主流期刊上發表論文近30篇。目前，正在從事玉米數字植物、作物泛功能基因組、超大群體雜種優勢機制解析與精準設計育種、多年生分子機制解析與分子育種等非常有前景的研究項目，歡迎廣大博士應聘該課題組博士后職位。 　　【英文摘要】 　　Genetic dissection of agronomic traits is important for crop improvement and global food security. Phenotypic variation of tassel branch number （TBN）， a major breeding target, is controlled by many quantitative trait loci （QTLs）。 The lack of large-scale QTL cloning methodology constrains the systematic dissection of TBN, which hinders modern maize breeding. Here, we devise QTG-Miner, a multi-omics data-based technique for large-scale and rapid cloning of quantitative trait genes （QTGs） in maize. Using QTG-Miner, we clone and verify seven genes underlying seven TBN QTLs. Compared to conventional methods, QTG-Miner performs well for both major- and minor-effect TBN QTLs. Selection analysis indicates that a substantial number of genes and network modules have been subjected to selection during maize improvement. Selection signatures are significantly enriched in multiple biological pathways between female heterotic groups and male heterotic groups. In summary, QTG-Miner provides a large-scale approach for rapid cloning of QTGs in crops and dissects the genetic base of TBN for further maize breeding. 　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41022-1 　　審核：李林