利用Waxy基因檢測不同玉米地方品種的遺傳差異

陳發波等

摘要：為了解我國西南地區不同玉米品種間的遺傳多樣性，對5份玉米地方品種的Waxy基因部分編碼區核苷酸序列進行克隆、測序及序列比對。結果表明，所選材料的Waxy基因序列長度約為1 370 bp，一致性為96.60%，大于 3 bp 的插入/缺失有8個。不同地方品種材料間的遺傳相似系數在98.7%～99.6%之間，平均遺傳相似系數為992%，根據聚類圖將供試材料分為4類。說明 Waxy基因具有較高的保守性，所選材料間存在一定的遺傳多樣性，利用Waxy基因序列可以將不同的玉米地方品種區分開來。Waxy基因序列可作為一種理想的分子標記，用于今后玉米地方品種的研究。

關鍵詞：Waxy基因；玉米；地方品種；遺傳差異；保護利用

中圖分類號： S513.032 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0018-04

收稿日期：2013-10-12

基金項目：國家自然科學基金（編號：31371633）；重慶市教育委員會科技計劃（編號：KJ121304）；重慶市科學技術委員會攻關（編號：CSTC2011AB1022）。

作者簡介：陳發波（1981—），男，四川冕寧人，博士，副教授，從事作物遺傳育種研究。Tel：（023）72792193；E-mail：chenfabo963@126.com。

通信作者：姚啟倫，博士，教授，從事作物遺傳育種研究。Tel：（023）72792193；E-mail：yql641@aliyun.com。玉米（Zea mays L.）是我國除水稻以外的第二大農作物，種植面積約占世界玉米種植面積的20%，總產量僅次于美國。1940年之后，隨著雜交育種技術的發展，玉米產量有了較大的提高，但育種工作者在育種工作中對少數固定的玉米品種親本長期連續自交選擇，使玉米之間的遺傳差異縮小，遺傳多樣性也嚴重退化，導致玉米種質遺傳基礎出現了“瓶頸”現象[1]。例如，美國玉米雜交種親本完全來源于固定的6～8個原始親本，我國玉米雜交種親本也大都來自約20個固定的原始自交系[2-4]。有研究發現，我國各地區的玉米地方品種變異程度高，具有豐富的遺傳多樣性，在育種方面具有較大的利用潛力，保護與利用玉米地方種質資源成為玉米育種工作的重點。西南地區因其獨特的地理環境和氣候條件仍有大量地方玉米品種，其蘊藏著豐富的遺傳多樣性，是我國玉米種質資源最豐富的地區之一。蔡一林等就玉米的品質及表型對重慶地區710份地方品種進行了研究，結果表明，各地區不同玉米地方品種間的平均含油率無較大差異，而蛋白質所占比例、株高和雄穗分枝數等表型性狀的差異較大，這為該地區玉米地方種質資源的高效管理和合理利用提供了科學依據[5]。戴玄等選取武陵山區中具有特殊代表性的玉米地方品種和骨干玉米自交系品種各10個進行研究，結果表明，地方品種比骨干自交系產量更高，抗倒伏及抗病蟲害能力更強，這為挖掘、利用優良玉米地方品種種質基礎提供了科學依據[6]。姚啟倫等利用SSR標記技術對四川及重慶玉米地方品種遺傳多樣性進行比較分析后發現，該地區玉米地方品種存在豐富的遺傳多樣性，這為其保護和利用提供了重要理論依據[7]。姚啟倫等還發現，云南和貴州玉米地方品種在DNA分子水平均表現出較高的遺傳變異特性[8]。張燕以西南高山地區的玉米地方品種為材料，采取完全隨機抽樣調查的方法研究了其堿基對序列之間的差異性，結果表明，西南高山地區的玉米地方品種種質資源豐富，變異度顯著，遺傳差異大，因此在育種工作中具有較大利用潛力，同時為拓寬種質基礎和豐富玉米的遺傳多樣性提供了可能[9]。

目前，鑒定、篩選優良玉米地方種質并在育種中加以利用是解決種質基礎狹窄的重要途徑之一[10]。隨著現代生物技術的蓬勃發展，人們可以直接從基因水平研究作物間的遺傳差異，指導作物的篩選與利用。許多基因序列已被作為分子標記，用于植物遺傳多樣性及起源進化的研究。玉米Waxy基因位于玉米第9染色體9.03位置，編碼顆粒凝結型淀粉合成酶，決定玉米胚乳和花粉中的支鏈淀粉合成，是決定玉米胚乳淀粉類型和性質的關鍵基因之一。Waxy基因為單拷貝序列，具有較高的保守性[11]。因此，本研究通過對5份玉米地方品種Waxy基因進行克隆、測序和序列比對，檢測西南地區不同玉米品種間的堿基序列差異，探討將Waxy基因應用于玉米地方品種遺傳差異檢測的可能性，以期為今后玉米地方品種的保護與利用提供一定的理論基礎。

1材料與方法

1.1供試材料

在西南地區收集5個具有典型地方特色的玉米地方品種作為供試材料，材料編號、名稱及收集地見表1。并以NCBI網站所公布的玉米Waxy基因序列（GenBank編號為HQ423241.1）為對照。

1.2試驗方法

1.2.1DNA提取每個品種取15張新鮮單株葉片并混合，采用2×CTAB法提取基因組DNA，并用1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA原液的濃度及DNA的完整性。

1.2.2Waxy基因的克隆根據美國國立生物信息網（CNBI）公布的Waxy基因堿基序列，采用Primer 5.0軟件合

Waxy基因作為單拷貝基因，序列相對保守，可作為分子系統學研究的重要分子標記，已用于檢測植物間的遺傳差異及系統進化關系。田孟良等對我國西南地區23份糯玉米品種的Waxy基因序列多態性進行了分析，結果發現，我國糯玉米的核苷酸多態性較低，因此他們提出了育種工作應從近緣物種中引入等位變異以提高玉米產量和淀粉質量的觀點[11]。趙耀等對玉米Waxy基因密碼子偏好性和玉米GBSSⅠ蛋白編碼基因的密碼子偏好性進行分析，并將Waxy基因的密碼子用法與真核表達系統、酵母兩類普遍采用的原核、大腸桿菌的密碼子偏好性進行比較，得出了“通過對密碼子偏好性分析可為基因表達選擇適宜的表達系統”的結論，同時也為密碼子的改造、增加基因的表達量提供了較可靠的依據[12]。但是，真正將Waxy基因序列運用于玉米種質改良的實例還不多。雖然玉米地方品種中蘊藏著巨大的遺傳變異性，但由于玉米地方品種繁多且許多品種間的親緣關系較近，不易利用常規分子標記分析一系列品種間的遺傳差異。本研究通過對6個序列的比對結果發現，不同玉米地方品種間Waxy基因序列存在一定的遺傳變異性，說明Waxy基因序列可用于玉米地方品種遺傳多樣性、分子進化等方面的研究。

另外，筆者所在的課題組只選擇了5個地方玉米品種作為試驗材料并對其Waxy基因進行克隆和序列比對。因此，無法避免數據的片面性，在今后的研究中須要利用Waxy基因序列檢測更多的玉米地方品種，以充分利用這些材料。通過與NCBI中公布的序列進行比對可以看出，所選材料中的Waxy基因序列與公布的序列有較高的一致性，進一步證明Waxy基因具有較高的保守性，同時也存在一定的的遺傳變異位點。說明Waxy基因具有較高的保守性，所選材料間Waxy基因序列存在一定的遺傳多樣性，Waxy基因序列可作為一種理想的分子標記用于今后玉米地方品種的研究。

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[12]趙耀，劉漢梅，顧勇，等. 玉米Waxy基因密碼子偏好性分析[J]. 玉米科學，2008，16（2）：16-21.

另外，筆者所在的課題組只選擇了5個地方玉米品種作為試驗材料并對其Waxy基因進行克隆和序列比對。因此，無法避免數據的片面性，在今后的研究中須要利用Waxy基因序列檢測更多的玉米地方品種，以充分利用這些材料。通過與NCBI中公布的序列進行比對可以看出，所選材料中的Waxy基因序列與公布的序列有較高的一致性，進一步證明Waxy基因具有較高的保守性，同時也存在一定的的遺傳變異位點。說明Waxy基因具有較高的保守性，所選材料間Waxy基因序列存在一定的遺傳多樣性，Waxy基因序列可作為一種理想的分子標記用于今后玉米地方品種的研究。

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另外，筆者所在的課題組只選擇了5個地方玉米品種作為試驗材料并對其Waxy基因進行克隆和序列比對。因此，無法避免數據的片面性，在今后的研究中須要利用Waxy基因序列檢測更多的玉米地方品種，以充分利用這些材料。通過與NCBI中公布的序列進行比對可以看出，所選材料中的Waxy基因序列與公布的序列有較高的一致性，進一步證明Waxy基因具有較高的保守性，同時也存在一定的的遺傳變異位點。說明Waxy基因具有較高的保守性，所選材料間Waxy基因序列存在一定的遺傳多樣性，Waxy基因序列可作為一種理想的分子標記用于今后玉米地方品種的研究。

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