2012年6月4日，由冷泉港實驗室,、加州大學戴維斯分校,、深圳華大基因研究院、康奈爾大學,、墨西哥國際玉米和小麥改良中心等全球17所科研機構(gòu)合作完成的兩項玉米基因組學研究成果于國際權(quán)威雜志《自然-遺傳學》（Nature Genetics）上同期發(fā)表,。這是科研人員在玉米基因組學研究中取得的又一重大突破，對全面深入認識玉米這一重要谷類作物具有十分重要的意義,，同時也對加快玉米的遺傳改良及育種具有巨大的科學價值,。
玉米是集糧、經(jīng),、飼為一體的三元作物,，也是重要的能源作物。遺傳多樣性研究對玉米種質(zhì)資源的收集,、評價,、保存和利用具有十分重要的意義，也對玉米育種具有重要的指導(dǎo)意義,。在由冷泉港實驗室和深圳華大基因研究院等單位主導(dǎo)完成的玉米遺傳變異研究（Generation of maize HapMap2 identifies extant variation from a genome in flux）中,，科研人員對105個野生和栽培玉米品種進行了測序和分析，成功構(gòu)建了第二代玉米單體型圖譜（簡稱,，Maize HapMap 2）,，并對玉米的遺傳多樣性進行了全面分析,。在研究中，他們建立了精密的群體遺傳學評分模型（population-genetics scoring model）,，共鑒定了5500多萬個遺傳分子標記，同時發(fā)現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)變異（SV）在玉米野生種和栽培種的基因組中是普遍存在的,，并且推測這些結(jié)構(gòu)變異與很多重要的農(nóng)藝性狀具有密切的關(guān)聯(lián),。此外，在研究影響玉米基因組大小的主要因素時,，研究人員發(fā)現(xiàn)染色體結(jié)（一種密集的DNA結(jié)構(gòu),，chromosomal knobs）的存在或缺失造成了“種內(nèi)”玉米基因組大小出現(xiàn)很大的差異；而在“種間”進行比較時,，他們發(fā)現(xiàn)玉米基因組大小的變化則主要與大量的轉(zhuǎn)座子有關(guān),。
考古學及遺傳學證實玉米大約馴化自10，000多年前,，在馴化過程中,，玉米經(jīng)歷了一次特殊的表型轉(zhuǎn)變，這使其更加容易滿足人類的需求,。在由加州大學戴維斯分校和深圳華大基因研究院等單位主導(dǎo)完成的第二篇文章（Comparative population genomics of maize domestication and improvement）中,，研究人員對75個玉米株系（包括野生玉米、美洲各地的傳統(tǒng)品種和現(xiàn)代改良玉米品系）進行全基因組重測序,，并對玉米馴化進行了全面的評估分析,。研究發(fā)現(xiàn)玉米在經(jīng)過人工馴化之后又產(chǎn)生了新的遺傳多樣性，并推測這很有可能是由于野生近緣物種的基因滲入所導(dǎo)致的,。研究人員發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個具有強烈選擇信號的基因,，并推測這些基因可能在玉米的馴化過程中發(fā)揮著重要的作用。此外,，研究數(shù)據(jù)還表明在玉米的馴化過程中,，千百年前古代農(nóng)民應(yīng)用的人工馴化方法似乎比現(xiàn)代育種學家所使用的方法發(fā)揮了更大的作用。
美國農(nóng)業(yè)研究局（ARS）和農(nóng)業(yè)部科研機構(gòu)的管理者Edward B. Knipling說道：“玉米具有重要的營養(yǎng)價值,。隨著氣候的不斷變化和人口的增長及耕地面積的減少,，玉米也成為一種理想的燃料原材料。這兩項研究成果是玉米基因組學研究中‘前進的一大步’,，將為科學家和育種專家改善玉米營養(yǎng)價值和培育優(yōu)良品種提供寶貴的資源,。”
華大基因助理副院長徐訊表示：“作物的遺傳改良是作物育種研究的重要內(nèi)容。這兩項研究成果為系統(tǒng)地了解玉米的遺傳多樣性和進化等問題提供了一個新的思路,，同時也為植物學家和育種學家如何更好地進行玉米品種改良提供了寶貴的指導(dǎo)意見,。”
華大基因副院長張耕耘表示：“玉米是世界上最重要的糧食作物之一，這兩項研究成果對促進玉米改良以滿足整個世界對糧食,、飼料和燃料等資源的需求具有重要價值,。我們希望在未來的研究中能夠取得更多的突破,，以便更好地應(yīng)對全球糧食安全和環(huán)境問題所帶來的諸多挑戰(zhàn)。”（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/ng.2309
PMC:
PMID:
Comparative population genomics of maize domestication and improvement
Matthew B Hufford, Xun Xu, Joost van Heerwaarden, Tanja Pyhäjärvi, Jer-Ming Chia, Reed A Cartwright, Robert J Elshire, Jeffrey C Glaubitz, Kate E Guill, Shawn M Kaeppler, Jinsheng Lai, Peter L Morrell, Laura M Shannon, Chi Song, Nathan M Springer, Ruth A Swanson-Wagner, Peter Tiffin, Jun Wang, Gengyun Zhang, John Doebley, Michael D McMullen, Doreen Ware, Edward S Buckler, Shuang Yang & Jeffrey Ross-Ibarra
Domestication and plant breeding are ongoing 10,000-year-old evolutionary experiments that have radically altered wild species to meet human needs. Maize has undergone a particularly striking transformation. Researchers have sought for decades to identify the genes underlying maize evolution1, 2, but these efforts have been limited in scope. Here, we report a comprehensive assessment of the evolution of modern maize based on the genome-wide resequencing of 75 wild, landrace and improved maize lines3. We find evidence of recovery of diversity after domestication, likely introgression from wild relatives, and evidence for stronger selection during domestication than improvement. We identify a number of genes with stronger signals of selection than those previously shown to underlie major morphological changes4, 5. Finally, through transcriptome-wide analysis of gene expression, we find evidence both consistent with removal of cis-acting variation during maize domestication and improvement and suggestive of modern breeding having increased dominance in expression while targeting highly expressed genes.
