全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(5): 729−736 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 教育部长江学者和创新团队发展计划项目(IRT0453); 四川省科技厅应用基础研究计划项目(07JY029-025); 四川农业大学青年科技
创新基金项目(00131400)
作者简介: 田孟良(1977–), 男, 博士, 研究方向为作物种质资源与育种。Tel：0835-2882164; E-mail：secondat@sicau.edu.cn
*
通讯作者 (Corresponding author): 黄玉碧 , 教授 , 博士生导师 , 主要从事玉米遗传育种和分子生物学研究。E-mail：yubihuang
@sohu.com
Received(收稿日期): 2007-08-07; Accepted(接受日期): 2007-12-16.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.00729
西南糯玉米地方品种 waxy基因序列多态性分析
田孟良1,3 黄玉碧1,2,* 谭功燮2 刘永建1 荣廷昭2,3
(1四川农业大学农学院; 2四川农业大学玉米研究所; 3教育部西南作物基因资源与遗传改良重点实验室, 四川雅安 625014)
摘 要: 为了解我国西南地区糯玉米和硬粒玉米 waxy基因核苷酸多态性, 对 23份中国西南玉米地方品种(16份糯玉
米和 7 份硬粒玉米)、2 份美洲糯玉米种质的 waxy 基因第 9 外显子至第 14 外显子之间核苷酸序列进行测定, 将所得
序列与 GenBank中的 16份同源序列(来自小颖大刍草、繁茂大刍草和美洲地方栽培品种)进行序列比对。结果表明, 西
南糯玉米、西南硬粒玉米和小颖大刍草分别具有 14、19和 40个多态性位点, 西南糯玉米 waxy位点核苷酸多态性为
西南硬粒玉米的 30%, 是小颖大刍草的 14%, Tajima’D检验仅在糯玉米群体 D值显著, HKA检验表明 waxy位点未受
选择作用; 序列比对发现 12份西南糯玉米第 10外显子同一位置缺失 15个核苷酸, 该位点恰为糖基转移酶结构域的
起始位置。可见我国糯玉米通过较为独特的突变机制而形成, 在进化过程中经历了驯化瓶颈, 奠基者效应使西南糯玉
米 waxy位点核苷酸多态性大大降低, 从近缘物种中引入等位变异是改良玉米淀粉质量和产量的关键。
关键词: 糯玉米; waxy基因; 核苷酸多态性; 地方品种
Sequence Polymorphism of waxy Genes in Landraces of Waxy Maize from
Southwest China
TIAN Meng-Liang1,3, HUNAG Yu-Bi1,2,*, TAN Gong-Xie2, LIU Yong-Jian1, and RONG Ting-Zhao2,3
(1 Agronomy College, Sichuan Agricultural University; 2 Maize Research Institute, Sichuan Agricultural University; 3 Key Laboratory of South-
west Crop Genetic Resources and Improvement, Ministry of Education, Ya’an 625014, Sichuan China)
Abstract: In order to understand the DNA polymorphism of the waxy genes in waxy maize and flint maize landraces from
Southwest China, the 25 sequences from the ninth exon to the fourteenth exon of waxy gene were cloned and sequenced. The
sampled landraces included 16 waxy maize cultivars (Zea mays L. ceratina Kulesh.) and seven flint maize cultivars from South-
west China, and tow waxy maize cultivars from Argentina. Additionally we downloaded 16 homologous sequences from six Z.
mays subsp. parviglimis individuals, five Z. luxurians individuals and five American landraces from NCBI. The sequences were
aligned and DNA variations among them were analyzed. We found waxy maize, flint maize, and parviglumis had 14, 19, and 40
polymorphic sites, respectively. Within the Z. taxa samples, Chinese waxy maize contained 30% of the genetic diversity in Chi-
nese flint maize and 14% of the genetic diversity in Z. mays subsp. parviglimis, respectively. The statistical Tajima’D significance
was only found in Chinese waxy maize population. Seventy five percent of the Chinese waxy maize landraces contained one dele-
tion of fifteen nucleotides, which encodes the amino acid sequence NKEAL and is located at the start site of the glycosyl trans-
ferases group 1 of waxy gene. Chinese waxy maize might be originated from one special mutant of flint maize and experienced
one domestication bottleneck in the process of evolution. The founder effect made the nucleotide diversity of waxy gene in waxy
maize lower than that in its relatives. To improve the quality and quantity of starch in maize different alleles from its relatives
should be introduced into maize genome.
Keywords: Waxy maize; waxy gene; Nucleotide polymorphism; Landrace
730 作 物 学 报 第 34卷

糯玉米(Zea mays L. ceratina Kulesh.)籽粒胚乳
中的淀粉几乎全为支链淀粉, 是食品、纺织、造纸、
酿造、饲料等行业的重要原料, 具有很高的经济价
值。我国糯玉米种质资源极为丰富, 西南地区是糯玉
米的遗传多样性中心和起源中心, 有学者甚至认为
可能是初生起源中心[1]。全国共鉴定糯玉米种质资源
909 份, 其中自交系 8 份, 地方品种 901 份, 其中
79.55%分布于西南地区。黄玉碧和荣廷昭[2]研究表明,
我国糯质玉米及西南地区糯玉米农艺性状、品质性状
具有丰富的遗传多样性, RAPD分析表明糯玉米资源
的基因组与普通玉米(主要为硬粒玉米)有较大差异;
笔者[3-4]、吴渝生等[5]、张金渝等[6]采用SSR标记先后
对西南地区、云南和西双版纳地区的糯玉米资源和地
方品种进行了遗传多样性研究, 但在基因序列水平
上对中国糯玉米的遗传多样性研究尚属空白。
20 世纪 80—90 年代, 国外学者对美洲玉米糯质
突变体胚乳表现型的遗传基础进行了大量研究[7-17]。
结果表明, 玉米waxy基因包含 14 个外显子和 13 个
内含子, 长约 3 kb, 糯质突变体中Ac/Ds、Spm/En转
座子及反转录转座子插入到waxy基因侧翼区、内含
子、外显子中, 或waxy基因内发生缺失, 影响waxy
基因的正确表达, 直链淀粉合成受阻, 胚乳中无直
链淀粉, 表现为糯质。目前在美洲糯质玉米中已发
现近 50种糯质突变类型。对中国西南糯玉米糯质表
现型的遗传机制还未进行过深入研究。
近年来, 利用DNA序列研究植物或作物种群的
进化已成为群体遗传学研究的热点之一, waxy基因
因其单拷贝、保守性在许多物种科及科以下的分类
和种群演化研究中得到广泛应用。Roberta等[18]研究
发现, waxy基因第 9外显子和第 14外显子之间DNA
序列进化速率较快, 在较近亲缘关系的物种间存在
较大遗传变异 ; Tiffin等 [19]用waxy基因部分片段、
glb1、c1和adh1共 4个DNA片段分析了多年生大刍
草和二倍体多年生大刍草序列多态性, 并讨论了这
两个物种在进化上的关系; Olsen等[20]利用waxy基因
启动子区序列对东南亚糯稻的起源和进化进行了研
究。这些研究为利用waxy基因序列多态性进行中国
糯玉米起源演化研究提供了很好的范例。
中国糯玉米作为一个特殊的栽培玉米类型, 其
糯质表现型的遗传机制尚未明确, 在较小时间尺度
上重要农艺性状基因位点的变异方式, 种群演化过
程均未见研究报道。本研究对西南糯玉米和硬粒玉米
waxy 基因部分序列进行了测定 , 旨在分析糯玉米
waxy 基因部分序列变异情况, 了解西南糯玉米种群
进化历史, 为阐明中国糯玉米的遗传机制积累数据,
同时也可揭示我国西南糯玉米种群形成的特殊机制。
1 材料与方法
1.1 试验材料
16份西南糯玉米材料和 7份硬粒玉米材料由四
川农业大学玉米研究所提供, 2份美洲糯玉米突变体
由美国国家植物种质资源库 (American National
Plant Germplasm System)提供。23份国内材料已在
农艺性状、品质性状和SSR标记等方面进行过遗传
多样性分析[2-4], 这些材料具有较好的代表性。材料
名称及来源见表 1。
1.2 总 DNA提取
用供试材料种子发芽, 取 3~5 株黄化苗叶片约
2~3 g, 采用CTAB法提取总DNA[21], 并用琼脂糖电
泳和紫外分光光度计检测总DNA的质量和浓度。
1.3 PCR扩增和 DNA测序
引物序列为F：5′-TGCGAGCTCGACAACATC
ATGCG-3′; M：5′-AGGGCGCGGCCACGTTCTCC-3′
(图 1)[19]。
PCR 反应在 PTC-200(PE)热循环仪上完成。反
应体系 25 μL, 加入 TaKaRa LA Taq高保真酶, 反应
程序为 94℃预变性 3 min; 94℃变性 1 min, 67℃退火
1 min, 72℃延伸 90 s, 35个循环; 72℃保温 10 min。
PCR产物经Agarose Gel DNA Purification Kit Ver.2.0
试剂盒 (TaKaRa)回收 , 连接于 PMD18-T 载体
(TaKaRa), 将连接好的质粒转入感受态 JM109 大肠
杆菌菌株中, 培养菌株, 用 MiniBEST Plasmid Puri-
fication Kit Ver.2.0 试剂盒(TaKaRa)提纯质粒, 作为
测序模板。测序在 ABI-3730 自动测序仪上完成, 2
次重复并加以人工校对以保证序列准确性。测序引
物为 F：5′-CGCCAGGGTTTTCCCAGTCACGAC-3′;
R：5′-AGCGGATAACAATTTCACACAGGA-3′。
1.4 数据分析
根据试验所测得序列在GenBank中进行Blastn同
源性搜索, 下载部分近缘物种同源序列, 包括小颖大
刍草(AF292515~AF292520)、繁茂大刍草(AF079259、
AF329737、AF329741、AF329748 和 AF329749)和美
洲地方品种 (AF292504、AF292505、AF292534、
AF292535 和 AF292537)。根据胚乳类型、地理来源
或植物学分类将所有序列划分为西南糯玉米、西南硬
粒玉米、美洲糯玉米、美洲地方品种、小颖大刍草和
繁茂大刍草等 6个群体, 通过序列多态性分析和统计
检验研究西南糯玉米与其他群体的关系。
第 5期 田孟良等: 西南糯玉米地方品种 waxy基因序列多态性分析 731


表 1 供试材料
Table 1 Materials tested in the experiment
群体
Population
品种
Landrace
来源地
Origin
GenBank登录号
Accession No.
柳城糯 Lichengnuo 广西柳城 Liucheng, Guangxi, China DQ369863
大粒糯玉米 Dalinuoyumi 广西隆林 Longlin, Guangxi, China DQ369864
老糯 Laonuo 广西都安 Du’an, Guangxi, China DQ369865
五农老糯 Wunonglaonuo 广西东兰 Donglan, Guangxi, China DQ369866
早白糯 Zaobainuo 云南茶自 Chazi, Yunnan, China DQ369886
偏头糯 Piantounuo 云南镇康 Zhenkang, Yunnan, China DQ369887
花糯玉米 Huanuoyumi 云南屏边 Pingbian, Yunnan, China DQ369888
白糯玉米 Bainuoyumi 云南屏边 Pingbian, Yunnan, China DQ369890
烂地花糯 Landihuanuo 云南镇康 Zhenkang, Yunnan, China DQ369891
长冲白糯 Changchongbainuo 贵州安龙 Anlong, Guizhou, China DQ369895
花糯 Huanuo 贵州黎平 Liping, Guizhou, China DQ369896
黄油糯 Huangyounuo 贵州荔波 Libo, Guizhou, China DQ369897
黄糯 Huangnuo 贵州息锋 Xifeng, Guizhou, China DQ369898
金黄糯 Jinhuangnuo 贵州织金 Zhijin, Guizhou, China DQ369899
白糯 Bainuo 贵州六枝 Liuzhi, Guizhou, China DQ369900
西南糯玉米
Waxy maize from Southwest
China
小白糯 Xiaobainuo 贵州清镇 Qingzhen, Guizhou, China DQ369901

蛇场黄玉米 Shechanghuangyumi 广西隆林 Longlin, Guangxi, China DQ369879
林乐早白 Linlezaobai 广西东兰 Donglan, Guangxi, China DQ369880
甲马玉米 Jiamayumi 广西凤山 Fengshan, Guangxi, China DQ369881
90天黄包粟 90Tianhuangbaosu 广西龙胜 Longsheng, Guangxi, China DQ369882
小黄 Xiaohuang 贵州册亨 Ceheng, Guizhou, China DQ369892
小白粘 Xiaobaizhan 贵州剑阿 Jian’a, Guizhou, China DQ369893
西南硬粒玉米
Flint maize from Southwest
China
大黄 Dahuang 云南碧江 Bijiang, Yunnan, China DQ369884

923A 阿根廷 Argentina DQ369867 美洲糯玉米
Waxy maize from American 915B 阿根廷 Argentina DQ369868



图 1 玉米 waxy基因示意图
Fig. 1 Schema of the waxy gene from Zea mays
F和 M引物之间为本研究的扩增区域, 阴影部分表示外显子。
The region between F and M primers is the fragments used in this study. The shadow blocks represent exons.

采用Clustal_X[22]软件进行序列比对, 用基于溯
祖理论(Coalescent theory)的DnaSP4.10[23]软件分析
数据 , 计算waxy基因遗传多态性指数 πˆ [24]和 θˆ [25],
两个群体遗传参数的期望值都为 4Nμ, N为有效群体
大小, μ为每世代每个位点的突变率。以Hudson[26]的
方法估计该基因位点在不同群体中的重组率。采用
Tajima[27]、Fu和Li[28]的方法进行群体内基因平衡进
化检测, 以Hudson等[29]的方法进行群体间基因平衡
进化检测(HKA测验)。以BLASTp相似性搜索确定
Wx蛋白的功能结构域, 分析氨基酸变异对蛋白功能
结构的影响。
2 结果与分析
2.1 DNA序列多态性分析
排序后DNA序列总长 1 444 bp, 共发现 84个突
变位点, 其中 76个多态性位点, 34个简约信息位点,
42个单现突变(singleton)。表 2列出了外显子和内含
子长度变异及核苷酸多态位点在各抽样序列中的分
732 作 物 学 报 第 34卷

表 2 糯玉米群体内多态位点分析
Table 2 Analysis of polymorphic sites within waxy maize population
外显子 Exon

内含子 Intron

群体
Population
样本量
Sample number Syn Rep Avg length Subs Avg length
西南糯玉米 Waxy maize from Southwest China 16 1 3 805 10 509
西南硬粒玉米 Flint maize from Southwest China 7 3 0 816 16 505
小颖大刍草 Z. mays. subsp. parviglimis 6 6 3 816 33 500
繁茂大刍草 Z. luxurians 5 8 3 816 26 492
美洲地方品种 American landrace 5 2 1 816 17 515
Syn：同义替代位点数; Rep：取代(非同义替代)位点数; Subs：碱基取代位点数; Avg length：核苷酸平均长度。
Syn: number of synonymous polymorphisms in exons; Rep: number of replacement of nonsynonymous polymorphisms in exons; Subs:
number of base substitution at the sequence level; Avg length: average sequence length of the lines.

布情况(美洲糯玉米群体样本量仅为 2, 没有参与分
析)。小颖大刍草具有最多的突变位点, 而西南糯玉
米、硬粒玉米和美洲栽培玉米突变位点总数相当 ,
糯玉米在外显子区域有 3 个核苷酸非同义替代和 1
个同义替代, 硬粒玉米在核苷酸编码区没有核苷酸
的非同义替代; 糯玉米外显子平均长度为 805 bp,
其他群体外显子长度均为 816 bp, waxy基因编码区
长度保守。
以遗传多态性指数 为参数比较, 西南糯玉米
遗传多态性最低, 为 0.00322; 小颖大刍草最高, 为
0.01401(表 3)。糯玉米核苷酸多态性为小颖大刍草
多态性的 14%, 为美洲地方品种的 22%, 为西南硬
粒玉米地方品种的 30%。从小颖大刍草、美洲栽培
玉米、西南硬粒玉米到西南糯玉米, waxy 位点核苷
酸多态性的逐步降低 , 反映了栽培玉米的驯化过
程。从多态性指数的相对大小来看, 西南硬粒玉米
最有可能是糯玉米的祖先。
θˆ
以糯玉米和硬粒玉米核苷酸多态性指数 πˆ 为纵
坐标, 碱基位置为横坐标进行 sliding windows作图,
以比较糯玉米和硬粒玉米核苷酸变异的位置和大小
(图 2)。结果显示, 我国西南地区糯玉米的序列多态
性明显低于来自同一生态区的硬粒玉米。

表 3 糯玉米群体的序列多态性分析和中性进化检测
Table 3 Summary of DNA polymorphism and detective selection in waxy maize population
群体
Population
N H S πˆ (bp) θˆ (bp) D D* F* Rm
西南糯玉米 Waxy maize from Southwest China 16 6 14 0.00167 0.00322 −1.87639** −1.82612 −2.11903 0
西南硬粒玉米 Flint maize from Southwest China 7 5 19 0.00548 0.00588 −0.37337 −0.34962 −0.39117 1
小颖大刍草 Z. mays. subsp. parviglimis 6 6 40 0.01219 0.01401 −0.83123 −0.70148 −0.79878 4
繁茂大刍草 Z. luxurians 5 5 37 0.01330 0.01358 −0.15222 −0.15222 −0.16442 3
美洲地方品种 American landrace 5 5 18 0.00706 0.00721 −0.15401 0.00000 −0.03300 1
N：样本量; H：单体型; S：分离位点数; D：Tajima’D; D*：Fu and Li’D; F*：Fu and Li’F; Rm：最小重组值。**：在 0.01水平上
显著。
N: number of the samples; H: haploid; S: number of segregating sites; D: Tajima’D; D*: Fu and Li’D; F*: Fu and Li’F; Rm: minimum
number of inferred recombination events among sequences. **: significant at the 0.01 probability level.




图 2 糯玉米(Pi1)和硬粒玉米(Pi2)的DNA多态性
Fig. 2 DNA polymorphism between waxy maize(Pi1) and flint
maize(Pi2)
2.2 基因进化平衡检验
群体内基因平衡进化检验结果显示, 仅糯玉米
群体的Tajima’D达到显著水平, 而其他群体中的各
检测值如Tajima’D、Fu and Li’D以及Fu and Li’F等均
不显著(表 3), 说明waxy基因在绝大多数群体中是中
性进化基因, 不受选择作用, 但对于西南糯玉米而言,
这一问题值得进一步研究。通常Tajima’D显著的原因
有选择作用或瓶颈效应[30], 为进一步验证, 我们结
合中性进化位点glb1 位点(西南糯玉米glb1 序列已登
录 到 GenBank 数 据 库 , 登 录 号 分 别 为
第 5期 田孟良等: 西南糯玉米地方品种 waxy基因序列多态性分析 733


DQ356514~DQ356517 及DQ356528~DQ356540), 运
用HKA方法进行群体间基因进化平衡检验, 结果均
不显著(糯玉米—小颖大刍草, χ 2 =1.358, P=0.2438;
糯玉米—美洲玉米, χ 2 =0.712, P=0.3989; 糯玉米—
繁茂大刍草, χ2 =0.434, P=0.510), 证明waxy基因在
糯玉米群体中同样未受选择作用 , 是中性进化位
点。糯玉米群体Tajima’D显著极有可能是因为在种
群形成时经历了瓶颈过程(domestication bottleneck),
由数量有限的奠基者(population founder)繁衍而来,
像waxy基因这样的中性位点, 其核苷酸多样性来自
少数祖先个体, 所以糯玉米群体waxy基因核苷酸多
态性远远低于其他群体。
如果抽样序列中存在高频率重组区域, 则由重
组与选择引起的核苷酸多态性相混淆, 很难通过统
计方法检测到选择作用, 因此有必要估计重组发生
次数, 进一步确定上述检验的准确性。本研究中, 运
用Hudson和Kaplan[30]的方法计算各群体内抽样序列
中waxy基因位点的最小重组值(表 3), 表明糯玉米在
该区域无重组发生, 硬粒玉米有 1 次重组, 能够排
除重组对核苷酸多态性的影响。
2.3 氨基酸序列变异
将来自西南糯玉米、硬粒玉米、美洲糯玉米、美
洲栽培玉米和玉米近缘种的 waxy 基因部分序列进行
比对, 发现在 16份糯玉米材料中 12份材料在第 10外
显子缺失 15个核苷酸, 由图 3可以看出, 这一缺失仅
在糯玉米中存在, 而其他群体中未发现。为确定该缺
失是否是我国西南糯玉米所特有, 进一步对 2 个美洲
糯玉米材料(915B和 923A)的该 waxy基因片段进行测
序, 序列比对结果显示美洲糯玉米材料在该位置无缺
失(图 3)。图 4列出了比对后 308~456位点之间的氨基
酸序列, 该区域在水稻、普通玉米、小麦和大麦中均
很保守, 没有发生该缺失(水稻、玉米、小麦和大麦的
序列编号后缀分别为 Os、maize、Ta和.1)。
Kloesgen等 [31]研究表明, 玉米waxy基因外显子
共 605个氨基酸, 氨基酸链 73~605编码产物为颗粒
性淀粉合酶 1 (granule-bound starch synthase 1)。通过
NCBI的CDD Search搜索结果可以看出Wx蛋白存在
两个完整的结构域, 其中 77~575位点编码糖原合酶
(glycogen synthase), 378~545 位点编码糖基转移酶
组 1(glycosyl transferases group 1)(图 5)。氨基酸序



图 3 来自糯玉米、硬粒玉米及近缘材料的 waxy基因第 9外显子部分序列比对结果
Fig. 3 Comparative alignment of the ninth exon of the waxy gene between waxy maize, flint maize, and their relatives
734 作 物 学 报 第 34卷



图 4 waxy基因部分序列氨基酸序列比对结果
Fig. 4 Comparative alignment of amino acid sequence coded by partial waxy gene




图 5 CDD搜索结果示意图
Fig. 5 CDD search result
Glycos_transf_1：糖基转移酶组 1; GlgA：糖原合酶。
Glycos_transf_1: glycosyltransferase group 1; GlgA: glycogen synthase.

列比对发现在糯玉米中 waxy 基因缺失序列为
403~407 位点 , 编码氨基酸为 NKEAL, 正好是
glycosyl transferases group 1结构域的起始位置。该
结构域内发生的突变为功能缺失型突变, 可能直接
导致该酶失活。
氨基酸序列比对结果还发现老糯和五农老糯在
60 位点由异亮氨酸突变为缬氨酸; 白糯玉米在 199
位点由天冬氨酸突变为酪氨酸; 大粒糯玉米在 264
位点由亮氨酸突变为脯氨酸。糯玉米 waxy基因编码
区具有相对较高的突变率, 可能由于糯玉米中 waxy
基因失活, 功能缺失导致编码区的突变率高于硬粒
玉米和其他群体, 但就整个所测序列而言, 糯玉米
群体的核苷酸突变率最低。
3 讨论
3.1 waxy基因核苷酸多态性分析
基因的长期进化和遗传多态性是同一个进化过
程中的两个不同层面[32]。遗传多态性往往是研究进
化动力学的切入点, 通过分析特定基因片段的遗传
多态性可以了解在不同种群(或居群)中该基因的进
化动态。
多态性分析发现, 糯玉米waxy基因位点核苷酸
多态性是小颖大刍草多态性的 14%, 是美洲地方栽
培种的 22%, 是西南硬粒玉米地方品种的 30%。美
洲玉米和西南硬粒玉米该位点DNA多态性是小颖玉
米的 50%左右, 与Whitt等[33]研究结果一致。但分析
发现, 16个糯玉米材料仅 6个单体型(haploid)。糯玉
米waxy基因核苷酸多态性和单体型分析均说明糯玉
米群体该位点的遗传多样性较低, 等位变异少。这
与Whitt等[33]对甜质、粉质等胚乳突变体研究结果一
致。本研究进一步证明, 控制玉米胚乳淀粉产量和
质量的基因位点的遗传多样性远比其近缘种低, 从
近缘物种尤其是野生近缘种中引入优良等位基因应
当是现代玉米育种工作中改良品质提高产量的有效
方法。
3.2 waxy基因核苷酸多态性降低的原因
采用Tajima’D方法检测各群体内是否存在选择
作用, 结果在糯玉米群体中D值显著。这与前人研究
结果不一致。Tiffin等[18]研究认为waxy位点在玉蜀黍
属各种、亚种的抽样序列间是平衡进化位点; Whitt
等[33]利用少数美洲waxy突变体在waxy基因位点也未
检测到选择作用的存在。因此我们引入中性进化位
点glb1 部分序列进行分辨率更高的HKA检验, 结果
表明, waxy基因并未受到选择作用。究其原因, 我国
西南地区居民有食用糯性食物的习惯, 因而在硬粒
玉米中发现并保存了糯玉米这一胚乳突变体, 经历
长期的人工选择、繁育, 作为群体奠基者的少数糯
质突变体已扩大成为西南地区玉米地方品种的主要
第 5期 田孟良等: 西南糯玉米地方品种 waxy基因序列多态性分析 735


类型之一, 并在种质扩散过程中在西南地区复杂的
生态条件下形成了丰富的生态类型和地方品种。可
见正是糯玉米群体在形成过程中经历的瓶颈阶段以
及奠基者效应(founder effect)[34]使糯玉米群体waxy
位点的核苷酸多态性大大低于硬粒玉米和玉米祖先
种, 这也是糯玉米群体Tajima’D显著而HKA检验不
显著的原因。基于waxy核苷酸多态性还可进一步推
断中国糯玉米是由硬粒玉米经单基因突变而产生。
当然这一结论还需要更多DNA标记(我们已进行了
glb1 基因、ITS序列和线粒体nad1 基因第 2 内含子
分析)和其他证据的支持。
3.3 缺失对玉米 waxy基因表达的影响
Ac/Ds、Spm/En转座因子插入waxy基因, 往往得
到不稳定的突变体, 而通过对稳定的自发突变体分
析发现存在插入或缺失的情况[17], 并且插入和缺失
位置对突变表型有很大的影响; Okagaki等[17]对突变
体wx1240 的研究发现, waxy基因内存在 30 bp的缺
失, 并影响waxy基因的正常表达, 类似的缺失也发
生在wx-C和wx-BL2 突变体中; Wessler等[35]对基因
内缺失自发突变体的研究发现, 缺失现象易发生在
能形成二级结构G+C含量较高的 1 000 bp区域内。本
研究发现, 16份中国糯玉米中有 12份糯玉米waxy基
因在第 10 外显子存在一致的 15 bp缺失, 这是未见
报道的一种waxy基因突变类型, 是中国糯玉米特有
的突变机制, 对于弄清中国糯玉米种群进化和系统
发育有重要意义。我们拟通过中国糯玉米waxy基因
全序列测定和基因表达研究对该缺失的产生机制和
缺失对直链淀粉合成的影响做进一步的研究, 同时
也籍此研究该缺失在糯玉米种群进化中的意义。
3.4 溯祖理论在作物种群演化研究中的应用
农作物是在人工选择及自然选择双重作用下具
有特殊进化发育模式的物种群体。由于在进化中受
到人工选择的作用, 大多数作物群体与自然种群的
进化方式并不相同, 具体到某个基因片段, 则受选
择作用的基因位点与不受选择作用的位点相比具有
不同的核苷酸变异模式, 其序列的遗传参数表现出
不同的统计学特征。通常情况下, 自然进化位点表
现为选择平衡(selective neutrality), 选择作用位点则
表现为不平衡, 序列多态性大大降低。利用DNA序
列比较进而研究群体进化这一思路在玉米、水稻等
禾本科作物上得到了广泛应用 [19,36], 并逐步在传统
群体遗传学的基础上发展成为溯祖理论[36], 成为研
究群体遗传及分子演化的有力工具。本研究基于溯
祖理论原理, 利用蕴含在waxy基因序列中的群体进
化信息, 采用Tajima’D检验和HKA检验了解糯玉米
群体进化动力, 探索糯玉米群体进化历史, 明确驯化
瓶颈和奠基者效应对糯玉米进化的影响, 对于农作
物种群演化研究是有益的尝试。目前作物育种家正在
努力将外源种质导入现代育种程序以解决品种遗传
基础日益狭窄的问题, 对于作物进化动力学和进化
过程的研究将有助于增加这些育种工作的效果。
4 结论
通过对 waxy 基因第 9 外显子至 14 外显子区域
序列分析比较, 发现糯玉米核苷酸多态性在各抽样
群体间最低, 但仍属中性进化位点。推测糯玉米由
硬粒玉米单基因突变产生, 在其种群进化过程中经
历了驯化瓶颈, 奠基者效应使 waxy位点核苷酸多态
性降低。16份中国糯玉米材料中的 12份在 waxy基
因第 10 外显子缺失 15 个核苷酸, 该位点恰为糖基
转移酶结构域的起始位置, 而其他群体或物种均不
具有该缺失。据此认为该缺失是中国糯玉米独特的
突变机制。
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