《Nature Genetics》:Maize HapMap2 揭示玉米基因组的复杂多样性

《Nature Genetics》:Maize HapMap2 揭示玉米基因组的复杂多样性

我们于2012年在《Nature Genetics》发表的研究,通过对 103 个玉米品种的大规模测序,构建了当时最详尽的玉米变异图谱,助力解锁野生品种中的优异基因。


由 XinLab(刘心参与)与冷泉港实验室(CSHL)、华大基因等全球多家顶尖机构合作完成的论文 “Maize HapMap2 identifies extant variation from a genome in flux” 已在 Nature Genetics 发表。

研究背景

玉米(Zea mays)是全球最重要的粮食作物之一,但其基因组极具挑战性:不仅规模大,且含有大量转座子和高度的结构变异。虽然育种家在提升产量上取得了巨大成就,但对于隐藏在野生类蜀黍(Teosinte)和未驯化品种中的有益等位基因,科学界此前一直缺乏有效的鉴定手段。

核心突破

  1. 5500 万个 SNP:超高分辨率的变异图谱 研究团队利用群体遗传学评分模型,在 103 个涵盖了栽培玉米、农家品种和野生类蜀黍的个体中鉴定了 5500 万个单核苷酸多态性(SNPs)。这为玉米遗传学研究提供了前所未有的高分辨率遗传标记。

  2. 揭示基因组的“流动性” 研究发现,玉米基因组处于一种“流动(Flux)”状态。转座子(Transposons)的活动和频繁的染色体片段重排,共同塑造了玉米极高的遗传多样性。

  3. 驯化过程中的遗传瓶颈与扩张 通过对比栽培种和野生种,研究识别出了大量在驯化和改良过程中受到强烈选择的基因组区域。同时,研究也证实了尽管驯化导致了遗传多样性的部分流失,但野生类蜀黍中仍保存着大量改善作物抗性和产量的潜在“基因矿藏”。

  4. 解析染色体结构变异 除了 SNP,该研究还通过测序数据分析了基因组中的插入、缺失(Indels)以及拷贝数变异(CNVs),揭示了这些结构变异在调控玉米复杂性状中的关键作用。

研究意义

Maize HapMap2 不仅是一个数据库,它更是一座桥梁。它连接了现代高产玉米与古老的野生近缘种,使得育种家能够精准地从野生种中提取“抗病、抗旱”等优良性状,并将其引入现代品种中。

协作与致谢

本项目由冷泉港实验室 Doreen Ware 教授、康奈尔大学 Edward Buckler 教授以及华大基因(BGI)团队等共同完成。

阅读论文全文:https://doi.org/10.1038/ng.2313