本周發(fā)表的新研究確定了可能使玉米和大豆馴化的基因組特征，玉米和大豆是世界上最關(guān)鍵的兩種作物。

這項研究于周四在同行評審的學(xué)術(shù)期刊“基因組生物學(xué)”上發(fā)表，對于科學(xué)家如何理解馴化，或者人類通過幾個世紀(jì)的培養(yǎng)能夠培育出具有理想特性的植物的過程具有重要意義。研究人員利用大量關(guān)于玉米和大豆基因組的數(shù)據(jù)，比較了野生物種和國內(nèi)品種基因組的特定部分，并指出了基因組分歧最明顯的地方。

愛荷華州立大學(xué)的研究人員與佐治亞大學(xué)，康奈爾大學(xué)和明尼蘇達大學(xué)的科學(xué)家合作。研究人員研究了100多種來自玉米與其祖先物種teosinte的比較。他們還研究了來自野生和馴化大豆數(shù)據(jù)集的302份種質(zhì)。

“我們將基因組切成特定的部分進行比較，”玉米育種農(nóng)學(xué)教授和先鋒杰出教授玉建明說。“這是一個新鮮的角度，沒有多少關(guān)于基因組進化和馴化的研究。我們尋找'宏觀變化'或主要的全基因組模式 - 我們發(fā)現(xiàn)了它們。”

Yu說，人類的種植造成了玉米和大豆相關(guān)遺傳物質(zhì)的瓶頸。由于人類選擇了特定的性狀，他們發(fā)現(xiàn)它們的作物是可取的，它們限制了植物基因組中可用的遺傳變異。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)研究中涉及的物種基因組中的幾個區(qū)域基因組分歧似乎集中在一起。

“全基因組基礎(chǔ)變化的這些模式提供了對馴化如何影響物種遺傳的見解，”該論文的第一作者，農(nóng)學(xué)研究生王金鈺說。

野生和馴養(yǎng)物種之間核苷酸堿基的變異在基因組的非基因部分或不編碼蛋白質(zhì)的基因組部分中顯得更加明顯。該研究還發(fā)現(xiàn)，在著絲粒區(qū)域或染色體著絲粒附近區(qū)域，以及高甲基化區(qū)域或甲基被加入DNA分子的區(qū)域中存在更大的變異。甲基化可以改變DNA片段的活性而不改變其序列。

該研究考察了馴化作物及其祖先物種基因組中突變的發(fā)生。

“我們現(xiàn)在認(rèn)為馴化的好候選人，例如玉米和大豆，可能會在變異的意愿中占據(jù)中間地位，”農(nóng)學(xué)副教授兼該研究的共同作者李賢然說。

“如果沒有突變，那么一切都保持不變，我們沒有進化，”余說。“但是太多的突變可以摧毀一個物種。”

該研究的結(jié)果指出了太陽紫外線輻射與基因組進化之間的重要聯(lián)系。Yu說，紫外線輻射是一種天然誘變劑，當(dāng)它發(fā)生時會留下特殊的痕跡。該研究的作者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代玉米和大豆中的這些足跡多于其野生近緣種。

該研究的資金來自國家科學(xué)基金會，愛荷華州立大學(xué)Raymond F. Baker植物育種中心和ISU植物科學(xué)研究所。