为玉米育种及改良奠定基础：26 个不同玉米基因组的从头组装、注释和比较分析

玉米是世界范围内种植的重要作物。随着玉米在世界各地传播，对当地环境的选择导致了变异，但尚未量化对基因组差异的影响。

2021年8月6日，爱荷华州立大学Matthew B. Hufford等人在Science 在线发表题为“De novo assembly, annotation, and comparative analysis of 26 diverse maize genomes”的研究论文，该研究报告了 26 个自交系的从头基因组组装、转录组、注释和甲基化组，这些近交系是玉米玉米嵌套关联图 (NAM) 的起始植株。这些不同基因组中的泛基因数量超过 103,000，其中大约三分之一在所有基因型中都有发现。结果表明，直到今天，玉米的古老四倍体特性仍通过分离而不断退化。重复阵列上的出色连续性和着丝粒的完整注释揭示了主要细胞学标志的额外变化。该研究表明将结构变异与单核苷酸多态性相结合可以提高定量作图研究的能力。该研究还记录了 DNA 甲基化水平的变异，并证明未甲基化区域富含有助于表型变异的顺式调控元件。

总之，该研究对 26 个基因组的分析揭示了泛基因组的基因和重复部分的变异。可用数据将广泛用于遗传和基因组研究，并促进与表型信息的快速关联。例如，本研究中确定的基因存在-不存在变异可以在其他作图种群中进行推算，以阐明其通过互补对杂种优势的贡献。更一般地说，这些资源应该促使人们从单一参考的思维方式转变为多参考的观点，其中 26 个自交系中的任何一个都可以部署用于基本发现和作物改良的目的，每个近交系都具有不同的实验和农艺优势。

玉米是世界上种植最广泛的作物，是研究基因功能的重要模型系统。该物种以其极端的遗传多样性而闻名，这使得它可以在整个热带地区广泛适应并在温带地区大量种植。尽管如此，大多数当前的基因组资源都参考了单一近交系 B73，它仅包含完整玉米泛基因组中 63% 至 74% 的基因和/或低拷贝序列 。

此外，在非编码和调控基因组区域存在广泛的结构多态性，已被证明有助于许多性状的变异。近年来，已经组装了额外的玉米基因组，这使得对该物种的泛基因组进行有限的表征。然而，基因组项目之间的比较经常被组装和注释方法的差异所混淆。

开发了玉米嵌套关联图 (NAM) 种群以研究数量性状的遗传结构。从更大的关联小组中战略性地选择了 25 个起始自交系，以代表玉米多样性的广度，包括来自非硬茎温带杂种优势组的品系；来自非洲、亚洲和美洲热带和亚热带地区的品种；以及甜玉米和爆米花种质 。

每个 NAM 亲本自交与 B73 杂交并自交以产生 25 个群体，其中包含 200 个重组自交系，这些群体结合了重要农艺性状的连锁和关联作图的优势。围绕这些线继续开发生物种质，但需要全面的基因组资源来充分发挥 NAM 种群的力量。 

该研究报告了 26 个自交系的从头基因组组装、转录组、注释和甲基化组，这些近交系是玉米玉米嵌套关联图 (NAM) 的起始植株。这些不同基因组中的泛基因数量超过 103,000，其中大约三分之一在所有基因型中都有发现。结果表明，直到今天，玉米的古老四倍体特性仍通过分离而不断退化。重复阵列上的出色连续性和着丝粒的完整注释揭示了主要细胞学标志的额外变化。该研究表明将结构变异与单核苷酸多态性相结合可以提高定量作图研究的能力。该研究还记录了 DNA 甲基化水平的变异，并证明未甲基化区域富含有助于表型变异的顺式调控元件。

总之，该研究对 26 个基因组的分析揭示了泛基因组的基因和重复部分的变异。可用数据将广泛用于遗传和基因组研究，并促进与表型信息的快速关联。例如，本研究中确定的基因存在-不存在变异可以在其他作图种群中进行推算，以阐明其通过互补对杂种优势的贡献。更一般地说，这些资源应该促使人们从单一参考的思维方式转变为多参考的观点，其中 26 个自交系中的任何一个都可以部署用于基本发现和作物改良的目的，每个近交系都具有不同的实验和农艺优势。

来源： iNature