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我校专家绘出新的玉米籽粒代谢“蓝图”

    3月17日,自然·通讯(Nature Communications)杂志在线发表了我校严建兵教授和罗杰教授课题组合作完成的研究论文“基于玉米籽粒代谢组的全基因组关联分析描绘了崭新的生化代谢蓝图”(Metabolome-based genome-wide association study of maize kernel leads to novel biochemical insights)。该研究结果不仅首次系统研究了玉米籽粒代谢组的遗传结构,为玉米功能基因组学提供了新的思路和生化线索,而且促进了人们理解玉米乃至其他重要粮食作物的籽粒代谢过程,有助于推动包括玉米在内的重要粮食作物的遗传改良尤其品质改良。

    玉米的重要性及其遗传和基因组特性使其成为重要理论和应用研究对象。作为世界第一大粮食和饲料作物,玉米的遗传多样性极其丰富,其籽粒中含有丰富碳水化合物、脂肪和蛋白质,此外还含有多种人体所需维生素、氨基酸和微量营养成分。长期以来学界更关注玉米籽粒产量,而较少关注玉米籽粒中的特殊营养成分。因此,对玉米籽粒代谢成分的研究具有重要经济、社会价值。

    科研人员介绍,该研究在结合代谢组学和转录组学等大量组学数据的基础上,利用全基因组关联分析方法对983个玉米籽粒代谢性状进行了遗传结构解析,完成了迄今玉米物种规模最大的代谢组关联分析研究。在获得大批量重要候选基因的同时,进一步推测了玉米籽粒的代谢通路,为合成生物学和代谢工程提供了重要基础。通过数据的分析整合及后续生化和分子生物学分析,在玉米籽粒中鉴定了影响两个重要代谢途径(类黄酮和多胺的生物合成途径)的相关基因,拓展了关键反应步骤。通过统计分析方法,研究人员还鉴定到与玉米籽粒重量显著关联的代谢物质,加上代谢物与粒重共定位的结果,为产量等复杂性状的遗传解析提供了新的线索,并且为玉米遗传改良和分子育种提供了潜在生物标记。研究人员表示,该数据的集成,为进一步研究玉米籽粒发育、克隆相应基因、重建代谢调控网络以及解析复杂农艺和产量性状等都提供了极好资源。

    严建兵教授、罗杰教授为该研究共同通讯作者,他们指导的博士后闻玮玮、博士生李东为共同第一作者,中国农科院作物所李慧慧博士也参与了该研究。据了解,该研究所用遗传材料及玉米籽粒油分和转录调控的遗传结构剖析等相关工作于去年分别发表在《自然·遗传学》(Li et al, 2013, 45:43)和《自然·通讯》(Fu et al, 2013, 4:2832)杂志。在此基础上,借助我校作物遗传改良国家重点实验室建立的代谢组学分析平台,严建兵教授和罗杰教授合作对玉米籽粒代谢组进行了深入解析,使玉米功能基因组和遗传调控获得更进一步认识。

    论文地址:http://www.nature.com/ncomms/2014/140317/ncomms4438/full/ncomms4438.html

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责任编辑:晓刚
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