《Discover Plants》：Wild relatives enhance genetic resources for maize (Zea Mays ssp. Mays) improvement through diversity analysis
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本研究针对玉米(Zea mays ssp. mays)遗传基础狭窄的问题，通过形态学和分子标记（84个多态性SSR）分析了30份材料（包括地方种、优良自交系及野生近缘种Coix、teosinte、Tripsacum），发现野生资源在叶绿素含量(CC)、分蘖数(NOT)等性状上显著优于栽培种，群体结构（K=3）揭示野生种与栽培种明显分化且存在基因混合（Fst=0.1323–0.5861），为利用野生等位基因进行玉米预育种提供了关键遗传资源。
玉米，作为全球最重要的谷物之一，享有“谷物女王”的美誉。然而，在长期育种过程中，由于过度依赖少数优良自交系作为亲本，导致遗传多样性严重流失，遗传基础日益狭窄。这种“遗传侵蚀”现象使得玉米在面对气候变化、病虫害爆发等挑战时适应性下降，严重制约了玉米产业的可持续发展。与此同时，玉米的野生近缘种——如teosinte（大刍草）、Tripsacum（摩擦禾）和Coix（薏苡）——在自然选择压力下，积累了丰富的遗传变异，携带大量抗逆、高产、优质的相关基因，成为拓宽玉米遗传基础的宝贵资源。如何系统评估这些野生资源的遗传潜力，并将其有效用于玉米遗传改良，成为研究者亟待解决的关键问题。
在这一背景下，印度戈文德·巴拉特·潘特农业与技术大学的Smrutishree Sahoo等人开展了针对玉米及其野生近缘种的系统性遗传多样性研究。该研究发表于《Discover Plants》，旨在通过形态学性状和分子标记综合分析，揭示野生资源与栽培玉米的遗传差异，为后续预育种和杂交改良提供理论依据。
研究人员主要采用了形态学观测、聚类分析、主成分分析(PCA)和SSR分子标记技术。他们首先对30份基因型（包括6个野生种和3个玉米自交系）的7个形态性状（株高、茎粗、分蘖数、叶绿素含量、叶片蛋白含量、旗叶长和旗叶宽）进行观测，利用k-均值聚类和PCA进行分组；随后使用84个多态性SSR标记进行分子多样性分析，并通过STRUCTURE软件解析群体遗传结构。所有野生材料来自印度国家植物遗传资源局(NBPGR)或当地采集，栽培材料为CIMMYT培育的优良自交系。
4 聚类分析和主成分分析(PCA)
基于形态性状的UPGMA聚类将30份材料分为4类：栽培玉米自交系（Cluster-I）在多数性状上表现最差；Cluster-II和Cluster-III的野生材料（如Zea nicaraguensis、Z. mays ssp. parviglumis）在旗叶性状、株高和叶绿素含量上显著优于栽培种；Cluster-IV包含最多野生材料，分蘖数最高。PCA进一步验证了这一分组，前三个主成分(PC1–PC3)累计解释79%的变异，其中叶绿素含量(CC)和分蘖数(NOT)是贡献最大的性状。
4.1 分子多样性与群体结构
SSR分析显示，Teosinte与玉米遗传相似度高，聚为一类；Tripsacum和Coix则因60%–100%的无效等位基因频率形成独立分支。群体结构分析（K=3）表明：亚群1（红色）包含Z. diploperennis、Tripsacum等，遗传分化最高（Fst=0.5861）；亚群2（蓝色）和亚群3（绿色）以teosinte和栽培玉米为主，呈现中度分化（Fst=0.1443–0.1323）和基因混合现象。例如，Z. mays ssp. mexicana（G17、G18）携带约20%–40%的其他亚群基因。
5 讨论
野生资源在分蘖数、叶绿素含量等性状上的优势，证实其可作为玉米改良的重要等位基因来源。例如，多分蘖特性有助于开发生物质型玉米，高叶绿素含量可提升光合效率。形态与分子聚类结果不完全一致，源于形态性状易受环境选择趋同，而SSR标记更反映进化历史。研究强调，利用野生资源需结合回交、双单倍体等技术加速基因渗入。
6 结论
本研究通过多维度分析证实玉米野生近缘种具有显著的遗传多样性潜力，尤其teosinte是改良抗逆性和产量性状的关键资源。结果为指导玉米预育种中亲本选配提供了数据支撑，对应对未来粮食安全挑战具有重要意义。
