科學家發(fā)現決定玉米分蘗的基因由大芻草滲入

近日，中國農業(yè)大學農學院國家玉米改良中心教授林中偉課題組揭示了玉米株型演化的一個關鍵分子遺傳機制。相關研究成果發(fā)表在《自然-通訊》上。

玉米的祖先大芻草具有許多分蘗，在野外環(huán)境具有明顯進化優(yōu)勢。而馴化后的玉米往往是獨稈、不產生分蘗，并且莖稈堅韌得以支撐高產的穗子。然而，在玉米多樣化的演化過程中，甜玉米與爆裂玉米卻偏離這種作物共有的馴化模式。兩者往往產生3～4個分蘗。

究竟為何甜玉米、爆裂玉米會產生分蘗？又如何產生？作物馴化中的這種平行變化是否具有共同的分子遺傳基礎？

為此，課題組對甜玉米的主效分蘗QTL-tin1進行深入的分子遺傳機理解析。研究發(fā)現，tin1基因控制了一個復雜基因網絡而促進玉米分蘗芽的不斷伸長，最終分蘗形成。這種包含多途徑的復雜基因網絡使得tin1能夠在分蘗抑制基因tb1強表達的情況下繞過tb1而形成分蘗。

序列分析表明，甜玉米tin1基因的這個剪接位點變異竟來自于大芻草。這個關鍵變異在大芻草和普通玉米種的分布比例很低，而在甜玉米和爆裂玉米種的比例達到50%。轉基因分析表明，該基因上調表達后，分蘗增加，同時雌穗數也相應增加。甜玉米是典型的鮮食玉米，主莖及分蘗上雌穗都可正常發(fā)育，這樣分蘗長有雌穗便可增加產量。爆裂玉米的雌穗往往較小，同樣分蘗增加會增加雌穗數，也無疑會提高產量。

由于所有栽培玉米包括甜玉米和爆裂玉米都包含有栽培型的tb1基因，這說明在玉米多樣性演化的過程中，tin1位點的關鍵變異是tb1在栽培玉米中固定之后，由大芻草滲入到甜玉米及爆裂玉米中。這種滲入促使甜玉米及爆裂玉米偏離了正常的馴化路徑，部分地保留了其祖先的分蘗習性。