Science头条：令人惊讶的玉米基因组

　　

生物通报道：来自美国爱荷华州立大学（Iowa State University），冷泉港实验室，印度理工学院（Indian Institute of Technology）等处的研究人员报道了玉米自交系B73的基因组序列测定的结果，这项成果意义重大，正如研究人员写的一样：B37玉米系的序列“有可能会促进基础研究并推动人们在全球气候变迁时期满足全世界对食物、饲料、能源及工业原料不断增长的需求”。

这一研究成果公布在Science杂志封面上，图片上玉米颗粒呈献出不同的颜色。研究结果显示，玉米共有10对染色体，约3.2万个基因，23亿个碱基，是目前已测序的植物中基因数量最多的品种。玉米基因组中85%的碱基序列是重复的，在玉米的27个自交系中出现了数百万个基因变异。

 

玉米是世界主要农作物之一，在很多国家被广为种植。玉米原产于中美洲，是一种喜温作物，生长期较长，需水量比高梁、谷子、大豆等旱粮作物要高，又分布很广，美国是世界上最大的玉米生产国，每年约出产2亿吨玉米，占世界总产量的40%以上。中国玉米产量居第二、巴西第三位。

作为一种重要的农作物，很早之前，科学家就希望能绘制出这种植物的基因组图谱，这项玉米全基因组测序项目始于2005年，美国国家科学基金会、农业部、能源部为这个项目提供了2950万美元的经费。

去年年初，美国科学家成功测序得出了玉米基因组的草图，这是由测序项目负责人——圣路易斯华盛顿大学基因组测序中心主任理查德·威尔逊在“玉米遗传学会议”第50次年会上公布的。科学家们以代号为B73的高产玉米品种为研究对象，完成了约95%的基因组测序工作。结果显示，玉米基因组的基因数量为5万至6万个，碱基对数量大约为20亿个。相比之下，水稻基因组的规模要小得多，仅有大约4.3亿个碱基对。

在文章中，研究人员破解了玉米自交系B73的基因组序列，这一序列测定应该能够帮助解答许多长期存在的疑问，其中包括被称作转位因子的可移动DNA序列的影响以及现代玉米的基因组是如何从2个先祖基因组的融合演化而成的。B73常常被用来繁殖新的饲用玉米系列，因此其基因组的测序应该还能够为人们提供基因标记，帮助植物栽培者或种子公司开发细心打造的作物：例如，这些作物可有更高的营养含量或需要较少的化肥。

研究人员发现并定位了超过3万2000个基因。他们确认，该基因组中有近85%是由数百个转位因子族所组成的。这些因子影响着着丝点（即每条染色体的2个单体的连接点，它们在细胞分裂中起着一种关键性的作用）的组成、大小和位置。文章的作者还描述了在基因组重复区域中的基因丢失为什么最可能是与该作物远古状态时染色体拷贝数从4条减少至2条的原因。

（B73基因组 (B73 RefGen_v1)）

本期Science杂志有5篇相关的文章，其中一篇报告了测序研究本身，有3篇为支持性的研究，1篇为对整套研究进行讨论的Perspective。这些成果会引导人们对植物遗传学以及栽培在环保上具有可持续性或对某些环境更为适合的作物的重大进展上提供新的见解。

作为人类社会的关键农作物之一，玉米长期以来都是人类生存的基本食物来源和主要的动物饲料原料。除此之外，从面包到软饮料，从鞋油到牙膏，众多生活必需品的加工都少不了玉米做原料。近年来，利用玉米制取乙醇燃料，更是成为新能源开发的一大趋势。乙醇需求连年激增，也迫切需要提高玉米种植面积和单位产量。

（生物通：万纹）

原文摘要：

The B73 Maize Genome: Complexity, Diversity, and Dynamics

We report an improved draft nucleotide sequence of the 2.3-gigabase genome of maize, an important crop plant and model for biological research. Over 32,000 genes were predicted, of which 99.8% were placed on reference chromosomes. Nearly 85% of the genome is composed of hundreds of families of transposable elements, dispersed nonuniformly across the genome. These were responsible for the capture and amplification of numerous gene fragments and affect the composition, sizes, and positions of centromeres. We also report on the correlation of methylation-poor regions with Mu transposon insertions and recombination, and copy number variants with insertions and/or deletions, as well as how uneven gene losses between duplicated regions were involved in returning an ancient allotetraploid to a genetically diploid state. These analyses inform and set the stage for further investigations to improve our understanding of the domestication and agricultural improvements of maize.