近日，The Plant Journal在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、馬克斯普朗克分子植物生理學(xué)研究所及中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)合作完成的題為"Large-scale metabolite QTL analysis provides new insights for high-quality maize improvement "的論文，通過(guò)代謝組分析促進(jìn)了玉米遺傳改良代謝組學(xué)已發(fā)展成為評(píng)估遺傳群體中表型變異的有力工具，分析代謝物豐度的差異被證明是關(guān)聯(lián)基因組和最終表型的一種有效方法。玉米及其祖先teosinte在遺傳多樣性及轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面的差異已經(jīng)相對(duì)清晰，但是兩者之間所有代謝物的差異仍鮮為人知。

作者利用以玉米近緣野生材料（Zeamays ssp.mexicana）與玉米自交系Mo17為親本構(gòu)建的BC2F7群體，進(jìn)行了代謝物分析。在四種組織SL（幼苗期葉片）、ML（灌漿期葉片）、YK（幼胚）、MK（成熟籽粒）中，共定量分析了65種初生代謝物，并且具有明顯的組織特異性模式。

玉米不同組織中初級(jí)代謝變異的檢測(cè)結(jié)果本研究關(guān)聯(lián)分析獲得了這些代謝物的350個(gè)QTL，這些QTLs在基因組中分布不均勻并且在Chr2和Chr6上存在兩個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域。

研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于這些具有累加效應(yīng)的QTL而言，在增加初級(jí)代謝物含量方面，teosinte等位基因比Mo17顯示出更大的效果。而相反的是，對(duì)于籽粒形狀和淀粉產(chǎn)量相關(guān)性狀，Mo17等位基因比teosinte具有更大的作用作者結(jié)合代謝組、轉(zhuǎn)錄組以及玉米產(chǎn)量和品質(zhì)數(shù)據(jù)，全面解析了一個(gè)玉米分離群體的初級(jí)代謝差異。本研究找到了玉米和teosinte的初級(jí)代謝物在全基因組水平的差異，并確定了兩者基因組的相同區(qū)域同時(shí)影響代謝產(chǎn)物和淀粉產(chǎn)量，但效果相反。本研究指出，許多影響初級(jí)代謝產(chǎn)物的有利基因隱藏在玉米野生種基因組中，它們可能在玉米高產(chǎn)育種過(guò)程中逐漸丟失了。因此，野生近緣種依然是玉米生產(chǎn)改良的重要遺傳資源。該研究為未來(lái)在玉米育種上尋找一個(gè)平衡點(diǎn)來(lái)同時(shí)保持/提高產(chǎn)量和品質(zhì)提供了明確的線索。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)嚴(yán)建兵教授、馬克斯普朗克分子植物生理學(xué)研究所AlisdairR. Fernie教授和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李建生教授為本文的通訊作者。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃（2016YFD010100303），國(guó)家自然科學(xué)基金（31525017）和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)科技自主創(chuàng)新基金的支持。