中國科學家Nature Genetics發表GWAS研究新成果

本文轉載自生物通，原標題「中國農大、中科院Nature Genetics攜手發布GWAS研究新成果」。

來自中國科學院植物研究所、中國農業大學等處的研究人員證實，ZmVPP1基因遺傳變異有助於玉米幼苗抗旱性。這一研究發現發布在8月15日的《自然遺傳學》（Nature Genetics）雜誌上。

中國科學院植物研究所的秦峰(Feng Qin)研究員，和中國農業大學的楊小紅(Xiaohong Yang)教授是這篇論文的共同通訊作者。秦峰研究員的主要研究工作則包括：玉米抗旱基因的克隆和功能分析,RING類型蛋白泛素化E3 連接酶在植物抗逆和發育中的作用。近年來在Plant Cell、Plant Journal、Plant Physiology、PNAS上發表論文數十篇。楊小紅教授的主要研究方向包括玉米籽粒營養品質和主要產量性狀的遺傳基礎研究，玉米籽粒營養品質和主要產量性狀的分子育種。

乾旱脅迫常常影響作物的生長發育，造成作物嚴重減產。全球乾旱、半乾旱地區約佔土地總面積的36%，佔耕地面積的43%。我國的乾旱、半乾旱地區主要分布在華北、西北和內蒙古等地區，其面積約佔全國土地面積的二分之一，乾旱對農作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位。玉米是我國的第三大糧食作物，又是需水較多、對水分脅迫比較敏感的作物，乾旱是影響玉米產量的重要限制因素，一般可使玉米減產20-30%。因此，如何儘快改良玉米品種，提高其抗旱性和準確地鑒定其抗旱性，成為玉米遺傳育種工作者關注的重要課題。

2013年，秦峰研究組以玉米ZmDREB基因家族為研究對象，對玉米B73基因組進行了全面分析，分離克隆了18個ZmDREB基因。研究發現，ZmDREB2.7基因與玉米抗旱性的遺傳變異呈現極顯著相關，說明該基因是玉米中重要的抗旱基因。這一發表在PLoS Genetics上的研究成果為玉米耐旱的分子設計育種提供了新的基因資源和選擇靶點。

2015年，秦峰研究員領導中國科學院植物研究所的研究人員通過全基因組關聯分析（GWAS）發現，微小反向重複轉座子（MITE）插入NAC基因（ZmNAC111）的啟動子，與玉米抗旱性的天然變異有緊密的關係。這一成果發表在Nature Communications雜誌上。

在這篇Nature Genetics新文章中，研究人員報告稱通過在幼苗期對玉米耐旱性進行GWAS研究鑒別出了83個遺傳變異，42個候選基因。植物液泡焦磷酸酶(vacuolar pyrophosphatase, VPP)是結合在植物液泡膜上的一類焦磷酸酶,具有焦磷酸酶活性和質子泵功能。可以將焦磷酸分解,把H+從細胞質泵入到液泡中,建立起跨膜H+梯度,為Na+/H+逆向轉運蛋白提供動力。研究人員發現，GWAS峰值信號表明一種液泡型H+焦磷酸酶的編碼基因ZmVPP1其遺傳變異最顯著地有助於耐旱性狀。

進一步分析證實，該基因啟動子區域一個366-bp的插入，其包含3個MYB順式調控元件，在耐旱基因型中導致了乾旱可誘導的ZmVPP1表達。ZmVPP1表達增高的轉基因玉米顯示耐旱性增強，其極有可能是由於提高了光合效率和根系發育所致。

因此，這一信息提供了有關玉米耐旱性遺傳變異的一些重要遺傳學見解。鑒別出的位點或基因可以作為遺傳工程和玉米性狀改良選擇的直接靶點。

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