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在撒哈拉以南非洲（SSA），玉米是主食，但白色玉米缺乏维生素 A，导致该地区维生素 A 缺乏症（VAD）高发。同时，气候变化威胁玉米产量。研究人员评估 188 份来自 CIMMYT 和 IITA 的早熟维生素 A 原玉米自交系，发现遗传多样性适中，确定了耐旱耐热的自交系，为培育优质杂交种提供依据。
在撒哈拉以南非洲地区，玉米可是约 12 亿人的主食。然而，这里种植和食用的大多是缺乏维生素 A、锌和铁等微量元素的白色玉米，占比高达 90%。长期依赖这种单一的饮食结构，使得该地区成为全球维生素 A 缺乏症（VAD）患病率最高的地方，高达 48% 的人深受其害。缺乏维生素 A 会引发一系列严重问题，像新生儿死亡率上升、儿童生长发育迟缓、免疫反应降低等。与此同时，气候变化带来的极端天气，比如高温和干旱，也严重威胁着玉米的产量。当地 95% 以上的玉米种植依赖雨水且投入低，小农户根本无力灌溉。据预测，到 2050 年，全球气温将升高 2.1 - 3.6°C，降雨会进一步减少且更加不稳定，而该地区人口却预计到 2045 年翻倍。这就迫切需要提高玉米产量，还得保证其维生素 A 的营养供应 。
为了解决这些棘手的问题，国际玉米和小麦改良中心（CIMMYT）以及国际热带农业研究所（IITA）的研究人员展开了深入研究。他们评估了 188 份早熟维生素 A 原玉米自交系的遗传多样性和种群结构，这些自交系分别来自 CIMMYT（155 份）和 IITA（33 份）。研究成果发表在《Discover Plants》上，为培育出既耐旱耐热，又能保障粮食和营养安全的优质玉米杂交种提供了关键依据。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是表型数据收集与分析，在不同环境下种植玉米自交系，记录如籽粒产量（GYD）、抽雄期（AD）等多种表型性状，并进行统计分析；二是 DNA 样本收集与基因分型，采集玉米叶片样本提取 DNA，利用 3.3K SNP 面板进行基因分型；三是遗传多样性和种群结构分析，借助相关软件计算遗传多样性参数，确定种群结构 。
研究结果
- 基因型数据
- 遗传多样性分析和种群结构：基因多样性（GD）均值为 0.24，多态信息含量（PIC）均值为 0.20 ，表明 SNP 标记具有一定的信息性和多态性。通过分析，确定了两个亚群，亚群 1 主要是 CIMMYT 的双单倍体（DH）系，亚群 2 包含来自 CIMMYT 和 IITA 的多种基因型。
- 群体间遗传差异：分子方差分析（AMOVA）显示，群体内存在显著遗传差异，而群体间差异不显著。群体间的遗传分化系数（PhiPT）为 0.001，表明 CIMMYT 和 IITA 的种群在遗传上较为相似 。
- 表型数据
- 表型性状分析及相关性：研究发现，在干旱和热胁迫条件下，除水分含量外，其他研究性状在基因型间差异显著；在非胁迫条件下，部分性状如茎倒伏和苞叶覆盖度差异不显著。同时，还确定了一些与产量相关的重要性状之间的相关性，比如抽雄期（AD）和吐丝期（SD）呈显著正相关 。
- 优异自交系筛选：筛选出了在干旱和热胁迫下表现优异的自交系，如 DSL19753、TZMI1989 等；在非胁迫条件下，DS197 - 308、DS197 - 185 等表现较好 。
研究结论表明，这些玉米自交系存在表型多样性，且得到了基因型变异的支持。SNP 标记可有效用于遗传多样性评估，这些自交系具有中等遗传多样性，可用于育种计划。由于大部分遗传变异存在于群体内部，因此育种工作应侧重于群体内的选择。利用该研究结果，有望通过选择遗传距离较远的自交系培育出优良的维生素 A 原玉米杂交种。不过，为了进一步确认这些自交系的农艺性能和育种价值，还需进行配合力实验。此外，研究还发现部分基因型在不同环境下表现不稳定，这也为后续研究指明了方向。总体而言，该研究为维生素 A 原玉米的遗传改良和育种提供了重要的理论基础和实践指导，对提高撒哈拉以南非洲地区的粮食安全和营养水平具有重要意义。
