The Crop Journal | 四川农大沈亚欧团队组装高质量A188基因组并解析玉米胚性愈伤组织形成的遗传调控

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玉米遗传结构复杂，不同玉米自交系的表型和基因型差异较大。研究不同玉米自交系的基因组差异，对解析控制不同农艺性状的关键基因具有重要作用。玉米基因组80%以上为转座子等重复元件，由于重复元件序列较长，无法利用第一二代测序技术进行准确的基因组组装，进而导致一些重要性状的关键基因由于没有可靠的参考基因组而不能被克隆。因此，组装更多的参考基因组对建立玉米基因型与表型之间的联系具有重要意义。

近日，四川农业大学沈亚欧教授团队在The Crop Journal在线发表了题为“Genome assembly of the maize inbred line A188 provides a new reference genome for functional genomics”的研究论文。作者挑选在株高、穗数、穗分枝数、抽雄期、散粉期、抽丝时期、淀粉含量、蛋白质含量等诸多农艺性状上与已有参考基因组的B73、Mo17和W22等自交系具有显著差异的A188自交系作为研究对象，采用三代测序技术和光学图谱法，从头测序并组装出高质量的A188基因组，其scaffold N50值高达11.61 Mb，高于B73基因组的9.73 Mb和Mo17基因组的10.2 Mb。通过基因组比较分析发现，约30%的A188基因与B73、Mo17和W22存在着起始/终止密码子突变、移码突变、大片段插入/缺失突变等大结构变异。这些结构变异可能是导致A188与B73、Mo17和W22等自交系存在的表型变异的潜在遗传因素。

此外，A188自交系胚性愈伤组织诱导率高，是玉米遗传转化研究中为数不多的优良受体自交系之一。目前，对玉米胚性愈伤组织诱导率的遗传研究仅鉴定到几个较大的QTL区段，有待进一步开展功能基因的发掘和验证。该研究结合高胚性愈伤组织诱导率自交系A188的高质量基因组和前期报道的1个3.06 Mb的QTL区段，发现该QTL内的4个基因在A188与B73、Mo17和W22等其他3个自交系间均存在大片段的结构变异。而区段内另有4个基因则仅在A188中特异存在，在B73、Mo17和W22中均为缺失。该研究还结合前人报道的A188转录组测序数据，在该QTL区段内挖掘了2个在C01、A188等高胚性愈伤组织诱导率自交系中特异响应愈伤组织诱导的基因。这些候选基因的鉴定，为进一步阐明玉米胚性愈伤组织诱导的分子机制及推动转基因玉米育种的发展具有重要意义。

总之，该研究利用三代测序技术组装了一个高质量A188基因组，为不同农艺性状的基因克隆提供了参考基因组，为玉米胚性愈伤组织诱导的理论研究提供了参考基因，为加快我国玉米转基因育种奠定了理论基础。

作者和基金项目

四川农业大学青年教师葛飞和在读博士生瞿静涛为共同第一作者，沈亚欧教授和青年教师马浪浪为共同通信作者，潘光堂教授和博士生刘鹏、潘浪也参与了该研究工作。该研究得到国家自然科学基金项目（31871637、32072073、32001500）、国家转基因生物新品种培育重大专项（2016ZX08003003）等项目资助。四川农业大学沈亚欧教授团队长期从事玉米遗传转化分子机理、玉米高产基因工程的理论及应用研究，目前已在高产转基因玉米新品系、新品种的选育及其理论研究上取得了一系列进展，为我国玉米转基因育种提供了重要的理论依据和应用基础。

THE CROP JOURNAL

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The Crop Journal (《作物学报（英文版）》)是中国科协主管，中国作物学会、中国农业科学院作物科学研究所和中国科技出版传媒股份有限公司共同主办的学术期刊，创刊于2013年10月。办刊宗旨为刊载作物科学相关领域最新成果，开展国际学术交流，促进我国作物科学研究水平及国际影响力的提升。主要刊登农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、生态、种质资源以及与农作物有关的生物技术、生物数学、农业气象等领域以第一手资料撰写的研究论文、研究简报以及专题综述等。2020年The Crop Journal的SCI影响因子为4.407，在JCR农学和植物学两个学科位于Q1区，并位列中科院分区农林类期刊一区。2019–2023年获中国科技期刊卓越行动计划重点项目资助。

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