玉米基因组研究进展

玉米基因组研究进展

美国科学家2008.2.28日在华盛顿宣布，他们成功测序得出了玉米基因组的草图，这是人类成功测序的第二种农作物基因组，第一种被测序的农作物是水稻。

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·威尔逊当天在“玉米遗传学会议”第５０次年会上公布了玉米基因组草图。

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。

测序小组接下来还将继续完成扫尾工作，最终得出一份玉米的全基因组测序图。但威尔逊说，草图实际上已经基本囊括了玉米的遗传信息。

测序小组已经将玉米基因组草图信息存入互联网基因测序公共数据库“基因银行”，供各国科研人员通过网络免费获取使用。今后科研人员就可以更加准确、高效地研究玉米的基因组，培育玉米新品种，提高玉米产量，增强玉米的抗旱、抗病虫害能力。

玉米基因组测序项目始于２００５年，美国全国科学基金会、农业部、能源部为这个项目提供了２９５０万美元的经费。

作为人类最重要的农作物之一，玉米在世界上很多国家被广为种植。长期以来，它都是人类维持生存的基本食物和主要的动物饲料原料。此外，从面包到软饮料，从鞋油到牙膏，众多生活必需品的加工都要用玉米作原料。

测序小组负责人、圣路易斯华盛顿大学基因组测序中心主任理查德?威尔逊说：“科学家将能够准确、高效地研究玉米基因，找到改良种植的方法，这样就

能加速培育更多的玉米新品种，提高产量，增强玉米的抗旱、抗病虫害能力。” 圣路易斯华盛顿大学生物系主任拉尔夫?夸特拉诺说，基因组草图会帮助科学家解开玉米的基本生物学奥秘，人们可以借此寻找哪些基因能让玉米更有营养，哪些基因能使玉米更高效地被制取成乙醇。

在玉米价格走高、出口量上升、乙醇需求激增等因素影响下，2007年美国玉米产量比上年猛增25%，产值据估计超过30亿美元。由此来看，以基因作工具的玉米“改造”之路，将“钱”途无限。

目前国外玉米的研究进展

一、 突变体库的构建

Stanford大学Virginia Walbot及其它8家实验室合作，目标是利用遗传转化Rescue Mu转座子创制每个玉米基因的突变体，获得50万个独立的插入突变，对这些突变体进行表型鉴定，分离并测序这些插入位点的侧翼DNA序列(对15万个插入位点的侧翼序列的1．2kb左右进行测序)，同时开发高通量作图的方法与技术，并利用10个单体、二倍体、10个三体、20个以上B-A易位系和10个缺失体制备杂交膜，以备分发。

美国冷泉港(Cold Spring Harbor)实验室Robert A Martienssen等实验室与Novartis A G(现Syngenta)和加州大学Berkeley分校的科学家合作，用Robertson’s Mutator转座子培育了4万个玉米突变植株，并提取了每株的DNA进行PCR实验，用于鉴定目的基因(先分离出基因富集区，再用微阵列技术来鉴定各个突变体库的突变基因)。

美国Boyce Thompson研究所Thomas P．Brutnell实验室的目标是把Ac转座子比较均匀地在玉米基因组上插入(相隔大约10cM)，创制200个左右非转基

因的“锚定Ac(aAc)”品系，从而构建局部突变体库。为了解基因标签频率，选择染色体1S上的aAc品系的1万个新的转座材料，自交，对F2进行表型鉴定。Rutgers大学(New Brunswick)Hugo K．Dooner实验室也在利用Ac-Ds转座子系统创制定点突变转基因系。

美国Wisconsin大学(Madison)Nathan Springer 利用EMS诱导产生玉米突变(主要导致C→T和A→C的碱基突变)，再利用TILLING(利用对特异误配的内切酶酶切检测)和原型寡核苷酸微阵列系统检测SNP，利用生物信息学分析技术预测这些突变是否是无义突变、错义突变或沉默突变；通过把与野生型亲本序列相同的寡核苷酸和与突变系序列相同的寡核苷酸结合起来，设计寡核苷酸微阵列；对突变体的DNA进行标记，然后与微阵列杂交，从而鉴定出含特异突变的个体。 加州大学Berkeley分校W．Zacheus Cande则利用三维荧光原位杂交(3-D FISH)技术、显微镜技术和计算机图像处理技术把在遗传学上已作图的基因定位在玉米细胞学图谱上。利用减数分裂粗线期染色体，把异染色质钮、着丝粒先进行定位，再根据重复序列把染色体分为区段(bar codes)；对高度重复的DNA序列区和基因区进行鉴定，同时探讨物理图谱、细胞学图谱和遗传图谱之间的关系。通过该项目可以深入了解在玉米基因组上基因的总体位置、重复序列的组织情况、重组事件发生的位置，了解减数分裂时同源配对的过程。

针对具体性状或代谢途径进行功能基因组学研究是今后重要的发展方向。下面将对一些主要研究情况做一介绍。 二、 抗逆性

由德国一些大学合作，利用正向与反向遗传学方法对玉米耐冷性的基因组学进行研究，主要内容包括QTL分析(用DH群体和NIL群体)、通过数据库查询鉴

定候选基因并对其进行作图、应用SSH技术进行基因表达谱构建鉴定候选基因、对不同耐冷性的基因型进行候选基因的转录本鉴定。通过比较QTL的图谱位置，分析基因与性状表达的关系，分析在转基因植株中插入突变和过量表达，鉴定和验证候选基因的结构和功能。 三、抗病性

加州大学Davis分校Richard W．Michelmore实验室在对拟南芥中NBS-LRR基因进行详细的功能分析的同时，用玉米和水稻进行比较分析。在玉米上，将利用微阵列技术研究抗病性基因同源物，并对其进行作图和定位。另外，不同实验室针对玉米不同的病虫害也在进行功能基因组学研究，如Kansas州立大学对抗锈病正在进行基因组学研究。 四、品质性状

Florida大学Donald R．McCaay等应用基因组学技术对玉米胚乳发育和代谢的分子机制进行遗传解析。其途径是通过对各种突变体进行表型鉴定和分子鉴定。在Florida，已建立有一个包括2000个可见胚乳突变体的Mutator转座子标签群体。再进一步利用cDNA微阵列技术(对2万条新的胚乳cD-NA进行测序后，加上一些候选基因，来构建微阵列)鉴定出那些有野生型转录本的基因。用PCR扩增Mutator插入位点的侧翼序列，用DNA样品的PCR产物与微阵列进行杂交，就可以找到那些有转座子插入的玉米材料。与同一条cDNA杂交的不同突变体称为一个杂交群，对每个杂交群的突变体材料系统地进行等位基因测验。然后，根据生物信息学对突变体基因序列和表型进行可能的功能分析。

玉米是我国的第二大作物，在国民经济中占有重要的地位。因此，加强玉米的

基础性研究势在必行。但是，我国的玉米科研人员中从事应用研究(如育种)或推

广的占多数，基础性研究的人才相对比较缺乏，加之国家对玉米的基础性研究投入比水稻和小麦甚至大豆要少，这给玉米的基因组学研究带来了一些困难。鉴于以上情况，我国应采取“有所为，有所不为”和“洋为中用”的战略，尽快加快基因组学研究步伐，以适应我国加入WTO后的紧迫局势。

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