解析玉米 DMP 基因密码，加速单倍体育种进程

研究人员针对玉米 DMP 基因开展研究，发现两个 SNP 可区分其野生型和突变型等位基因，开发的标记能助力育种。

　　### 玉米单倍体育种的 “钥匙”——DMP 基因研究解读
在农业育种的广阔领域中，玉米育种占据着极为重要的地位。随着全球人口的持续增长和对粮食需求的不断攀升，培育出更高产、更优质的玉米品种成为科研人员不懈追求的目标。在众多育种技术里，双单倍体（Doubled Haploid，DH）技术脱颖而出，它能大幅缩短育种周期，就像给育种进程按下了 “加速键”，深受全球育种家的青睐。在玉米育种中，利用单倍体诱导（Haploid Induction，HI）系的体内方法因其操作简便、成本效益高而备受瞩目。

然而，在这看似一片光明的育种之路上，却存在着一些 “绊脚石”。虽然人们已经知道某些基因在单倍体诱导过程中起着关键作用，比如 MATRILINEAL（MTL）和结构域膜蛋白（Domain Membrane Protein，DMP）基因，但对于 DMP 基因，仍有许多未解之谜。例如，在亚热带适应的玉米自交系中，DMP 基因的序列特征尚不明确；其等位基因单倍型的情况以及与各种旁系同源物的详细比较也不清楚。这些知识空白就像迷雾，阻碍着育种家们更高效地利用 DMP 基因来培育优良的玉米品种。

为了拨开这层迷雾，来自印度农业研究委员会 - 印度农业研究所（ICAR - Indian Agricultural Research Institute）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为玉米单倍体育种带来了新的曙光。

研究人员采用了多种关键技术方法。在材料选择上，精心挑选了 10 个不同的玉米自交系，其中包括 5 个野生型和 5 个突变型，用于 DMP 基因的研究，同时选取了 48 个不同的玉米自交系进行单倍型分析和基因标记验证。在实验技术方面，运用 SDS 提取法从种子中分离基因组 DNA ，借助 Primer3 在线软件设计引物，进行 PCR 扩增和测序。通过 MEGA - X 软件对测序结果进行序列组装和分析，还利用 BioEdit 软件进行序列比对，构建系统发育树。

下面让我们详细看看研究人员都取得了哪些成果：

• DMP 基因的核苷酸序列特征：研究发现，玉米参考 DMP 基因的编码序列为 618bp，而 10 个自交系的编码序列在 612 - 621bp 之间。在 11 个基因型中，仅检测到 2 个单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP），即 SNP1 和 SNP2，它们能区分 DMP 基因的突变型和野生型等位基因。SNP1 是在起始密码子下游 131bp 处的 T 到 C 突变，会使突变型 DMP 蛋白中的蛋氨酸转变为苏氨酸；SNP2 则是在起始密码子第 259 个碱基处的 G 到 A 突变，导致丙氨酸变为苏氨酸。通过对 11 个玉米基因型核苷酸序列的系统发育分析，划分出了四个簇。
• DMP 蛋白序列特征：参考 DMP 翻译的蛋白由 205 个氨基酸组成，在区分野生型和突变型自交系时，未发现插入缺失（InDel），但在 10 个自交系和 1 个参考序列的 DMP 基因编码区存在随机的 9 个 1 - 3bp 的 InDel，使得氨基酸数量在 203 - 206 之间变化。氨基酸比对显示，由于 SNP1 和 SNP2，野生型和突变型的 DMP 蛋白发生了氨基酸改变。基于蛋白序列的系统发育分析生成了两个簇。
• 标记开发和单倍型分析：鉴于 SNP1 和 SNP2 都属于 DMP 基因活性的关键区域 DUF679 结构域，研究人员利用它们开发了基于 PCR 的标记。这些标记在玉米自交系中表现出多态性，揭示了 4 种单倍型。通过标记数据，计算出平均遗传差异为 0.58，48 个基因型被分为四个主要簇。
• 玉米 DMP 基因与其旁系同源物的比较：在玉米基因组中，研究人员共鉴定出 11 个 DMP 基因的旁系同源序列。这些旁系同源物分布在六条染色体上，且都只有一个外显子，无内含子。系统发育分析表明，dmp_Zm_Zm00001eb260090 基因与参考 DMP 基因最为接近。DMP 基因及其旁系同源物共有 10 个不同的基序，大多编码 DUF679 结构域。

研究人员在讨论中指出，该研究具有多方面的重要意义。首先，鉴定出的两个 SNP，尤其是新发现的 SNP2，以及基于它们开发的两个基于 PCR 的标记，为区分玉米自交系的 DMP 基因野生型和突变型提供了有力工具。这些标记成本低、操作简单，特别适合资源有限的发展中国家的育种者使用，能够通过标记辅助选择（MAS）将 DMP 基因导入，加速改良 HI 系的开发。其次，研究发现的四种单倍型，其中三种是突变型单倍型，这为研究 DMP 基因在单倍体诱导中的作用提供了新的线索。未来可以通过将这些单倍型与源基因型杂交，评估其对单倍体诱导的影响，还能将它们转移到 MTL 背景下，研究 MTL 和不同 DMP 单倍型的联合效应。此外，研究表明 DMP 基因及其旁系同源物高度保守，且 DUF679_motif - 1 和 DUF679_motif - 2 在进化中保守，这意味着对这些基序进行基因编辑，有可能在其他作物中实现体内单倍体诱导，为更广泛的作物育种开辟了新的道路。

综上所述，这项研究对玉米 DMP 基因进行了全面深入的剖析，为玉米单倍体育种提供了关键的理论支持和实用的技术手段，有望推动玉米育种领域取得更大的突破，培育出更多优良的玉米品种，满足全球日益增长的粮食需求。