玉米是全球第一大粮食作物。理解玉米重要农艺性状和产量性状的遗传基础，挖掘我国骨干自交系资源助力定制化育种，是一个长期目标。

 近日，皇家娱乐城 玉米中心赵久然研究员团队与华中农业大学严建兵教授团队合作，在国际知名学术期刊Genome Biology(2019 IF=14.028)发表了题为“CUBIC: an atlas of genetic architecture promises directed maize improvement”的论文。该研究创新性地发展了CUBIC群体(Complete-diallel design plus Unbalanced Breeding-like Inter-Cross，完全双列杂交与偏好性育种选择的互交群体)，并利用该群体对23个玉米重要的农艺性状进行了系统性的遗传剖析。在鉴定到数百个数量性状位点（QTL）的基础上，充分利用本群体设计的优点，结合多组学、多群体分析快速锁定目标基因，并以一个叶宽基因的克隆为例展示了该策略在功能基因快速克隆方面的优势。

 CUBIC群体的亲本是广泛应用于我国玉米育种中的24个骨干材料，通过两轮双列杂交在实现了所有亲本基因交流的情况下大大缩短了群体发展周期，接着采用6代开放授粉和6代连续自交，最终得到1404个自交家系用于后续研究。CUBIC群体构建之初就将遗传育种作为重要目标，以育种家的视角在两轮双列杂交过程中加入人工选择，以期获得优异育种材料。相较于传统遗传群体，CUBIC设计具有遗传多样性高、群体结构不明显、重组事件更加充分、与育种目标更加密切等诸多优势，这些特点保证了该群体有更高的定位功效，并预期产生可直接应用育种实践的成果。

 通过对亲本及子代进行全基因组测序，共获得1400万高质量SNP变异，并据此构建了高密度的重组图谱。结合单标记和单倍型全基因组关联分析，鉴定了600多个QTL，这些位点解释了高达70%的遗传力。通过模拟分析发现，基于IBD的方法对于挖掘多个功能基因或功能等位基因型的区间尤为有效，可作为传统单标记方法的很好补充。此外还观察到上位性普遍存在，可平均解释多达15%的遗传变异。通过这些丰富的信息并结合每个QTL的效应，揭示通过有限的重组就可以实现产量、株型和花期的协调统一，实现定制育种。

 获得大量QTL后，如何快速地克隆其背后的功能基因成为另一个关键。由于CUBIC子代在每个特定区间与亲本构建了明确的单倍型关系，因此可看作由多个双亲本重组自交系构成，利用这一特点可以更进一步精细定位目标基因。以叶宽为例，展示了如何借助这一系列分析快速克隆其主效基因，并通过转录组、代谢组等线索对这一基因的潜在分子机制进行了解析。进一步揭示了可以通过多组学及多群体交叉分析实现快速、批量提名目标性状的候选基因，为功能基因的批量克隆奠定基础。

 CUBIC群体从概念提出到第一篇文章发表，是玉米遗传学家和育种家紧密合作的结晶。华中农业大学严建兵教授和皇家娱乐城 玉米中心赵久然研究员为论文的共同通讯作者。玉米中心的王夏青博士、张如养助理研究员与华中农业大学的5名科研人员为论文共同第一作者。玉米中心多位研究人员与其他合作单位的科研工作者对本项目的顺利开展付出了艰辛努力。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市科技计划项目、博士后创新人才支持计划等资助。

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