中国糯玉米蜡质基因位点受到人工选择的分子证据

摘要

糯质玉米是玉米作物中特殊的一种类型，主要被用于鲜食、工业支链淀粉、纤维和造纸生产等。糯玉米最早在中国被发现，对其起源虽已有许多报道，但确切的起源还不清楚。大多数学者认为中国糯玉米是美洲栽培玉米在16世纪引入中国或亚洲其他国家后经基因突变而形成的，另一个观点是薏苡与中国糯玉米相近。中国典型的糯玉米品种是来自云南、广西地区的地方品种(如四路糯、宜山糯和巧家白糯)。蜡质基因(wx)是糯质玉米、水稻等作物最为重要的基因，该基因的突变或表达水平的变化，导致直链淀粉合成受到显著抑制，使其含量往往达到5％以下，而支链淀粉含量显著提高。对玉米蜡质基因序列的研究已有相当长的历史，但研究所选择的玉米资源范围仅局限于美洲地区，没有来自我国的糯玉米品种。在普通玉米中，wx和乙醇脱氢酶(Adh)基因位点被证实未受到选择效应的影响。人工定向选择除了对靶标基因遗传变异等产生效应外，往往会连带影响周边一定的基因组范围。在糯稻中，已证实其wx基因受到强烈的人工选择，同时选择的影响范围在250kb左右。 本研究选取了中国糯玉米代表性品种，包括来自云南和广西的四路糯等4个地方品种、8个自交系和4个杂交品种，测定了蜡质基因部分序列(9-14外显子)；作为参照，同时对蜡质基因相邻的两个基因和一个与wx基因完全独立(另一条染色体上)且未受到人工选择的基因位点Adh进行了部分测序。为了寻找中国糯玉米可能的突变位点，还测定了中国糯玉米典型地方品种四路糯的wx基因全序列(第1-14外显子)。作为外类群和可能的起源物种，我们也测定了薏苡(Coix lacryma-jobi)相关序列。遗传分析结果表明，中国糯玉米在驯化和选育过程中，控制糯性性状的蜡质基因受到强烈的选择过程，同时这一选择影响了相当大的一个基因组区域(至少53kb以上)。系统进化分析表明，中国糯玉米没有形成一个独立于其他栽培玉米的进化分支，这不支持中国糯玉米原产中国的观点；来自云南的地方品种与硬粒型地方品种(来自西班牙的EP1)亲缘关系最近，而来自广西的地方品种与马齿型品种(来自含有墨西哥Tuxpan亲缘的Tx601、M017等)最接近，表明中国糯玉米可能存在至少两次独立的糯性突变和人工驯化过程。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语

第一部分文献综述

1.糯玉米研究现状

1.1糯玉米的由来

1.2糯玉米的生物特性

1.3国内外对糯玉米的研究进展

2.蜡质基因研究现状

2.1蜡质基因的基本信息

2.2蜡质基因研究的国内外现状

3.人工选择对基因的影响

3.1蜡质基因位点的人工选择作用

3.2选择的连带效应

3.3 Adh基因家族研究情况

第二部分研究报告

1.前言

2.材料与方法

2.1材料

2.2方法

3.结果与分析

3.1中国糯玉米的表观直链淀粉含量

3.2中国糯玉米蜡质基因位点的遗传变异

3.3中国糯玉米蜡质基因位点的选择和选择连带效应

3.4中国糯玉米的系统进化分析

4.讨论

4.1中国糯玉米的起源与驯化

4.2中国糯玉米的糯性突变问题

4.3本研究尚待补充的研究内容和进一步的研究计划

参考文献

致 谢