玉米或玉米的新的更详细的参考基因组将在今天的“自然”杂志上发表。在对植物10条染色体中DNA字母序列的计算中，新版本帮助我们以前所未有的方式理解为什么玉米，而不是其他植物，如今是世界上生产力最高，种植最广泛的作物。在许多其他事情中，新的序列揭示了玉米个体在基因组水平上的数量远远低于人类。

“我们用于玉米的新基因组展示了这种植物的灵活性，这种特性直接源于其基因组的组织方式，”冷泉港实验室(CSHL)和美国食品部门的Doreen Ware博士说。农业领导了七个学术机构和几个基因组技术公司的科学家。

这种灵活性不仅有助于解释为什么玉米自几千年前由农业主义者改编以来取得如此成功，也预示着随着地球气候的变化，玉米在新的地方种植的能力，以及提高玉米的生产力和环境可持续性的能力。美国和国外。

在玉米基因组很大，但它的大小是不是真的有什么负责科学家称之为植物的“可塑性”，即在其能力范围内的潜力相适应。在尝试确定植物在适应新的或变化的条件时可获得的可能性时，基因被激活 - 或沉默 - 与基因本身的同一性决定基因的总体基因一样多。 Ware解释说，工厂可以做到。

正是这种基因活动的背景 - 植物基因在物种间不同个体中被调节的方式的变化 - 新基因组正在被揭示出来。通过为一个名为B73的重要玉米品系组装一个高度准确且非常详细的参考基因组，然后将其与来自另外两个品系(W22和Ki11)的玉米个体的基因组图谱进行比较，这两个品系生长在不同的气候条件下，测序团队达到了惊人的效果。实现。

“一方面，玉米个体在基因组水平上的数量远不如人类，”韦尔说。两个人的基因组图谱将在参考人类基因组中与大约98%的基因组位置匹配。从基因组的角度来看，人类几乎完全相同。“但我们发现两个玉米个体 - 来自W22和Ki11系 - 每个与我们新的B73玉米参考基因组平均只有35%，平均而言。它们的基因组组织非常不同!”

玉米个体之间的这种差异反映了“基因本身序列的变化，以及基因表达的位置和时间，以及在什么水平上的变化，”博士后研究员Yinping Jiao博士解释道。洁具实验室和宣布新基因组的论文的第一作者。

在新的参考基因组序列中，可以以前所未有的细节介入这些基因表达的可变性。2009年完成的第一个玉米参考基因组是一个重要的里程碑，但由于现在已经过时的技术，它产生的最终基因组“文本”更像是速读版本，而不是适合近距离阅读的版本，Ware说。

2009年的序列往往错过了两件事。所谓的第一代测序技术无法解决玉米基因组中大量的重复序列，并且往往错过了基因之间的大量空间。因为必须将许多小块缝合在一起形成一个整体，所以特别难以准确地捕获玉米中许多DNA字母形成长重复序列的地方。重复序列在玉米中尤其重要，因为它的基因组在数百万年中进化的特殊方式。

新序列利用生物学家所谓的长读序列，正如其名称所示，它从更少的部分组装完整的基因组 - 大约3,000个，而不是构建2009参考基因组的超过100,000个较小的片段。新技术也便宜得多;刚刚完成的工作成本约为15万美元，而其前身则超过3500万美元。

长期阅读技术，通过让科学家​​对玉米中基因之间的空间进行细化观察，揭示了这些基因是如何被调节的，因为调控元件通常位于基因上游或下游的区域。

为育种者提供帮助

“由于其惊人的表型可塑性，”Ware总结道，“这种植物有更多的组合。这对育种意味着什么?这意味着我们在大多数植物基因的调控成分上有很大的变异。除了我们现在所做的以外，它们具有很大的适应性。随着人口的增加和气候在我们面前的时期发生重大变化，这对玉米种植具有巨大的影响。“

新基因组解析基因间的空间 - “基因间”区域 - 也使得从不同玉米个体的基因组“文本”中读取详细的历史成为可能。“我们想要了解玉米基因组是如何进化的，”韦尔说，“能够在个体中观察基因组并让它告诉我们一个故事。为什么给定基因的表达会发生变化，在什么情况下? “

例如，考虑转座子的影响 - 在基因组中跳跃的DNA片段。现在可以用以前不可能的特异性评估这一点。存在于所有基因组中的转座子首先在20世纪40年代由CSHL诺贝尔奖获得者Barbara McClintock在玉米中观察和描述。

新的参考基因组帮助科学家了解玉米基因组的历史和结构是如何通过转座子的作用而不是在大多数植物中确定的。当它们“跳”到基因内的某个位置时，该基因就会完全受损。其他时候，转座子是否在基因之前或之后跳入某个位置可以确定其表达的时间和程度。

虽然“跳跃基因”现象已经被理解了数十年，但它对不同玉米品种中不同个体的影响恰恰提供了有助于解释植物进化成功的信息。

植物的基因组可塑性也是育种者的福音。“玉米的多样性是育种的资源基础，”焦说。“这是制作更好的玉米的关键，未来还有更多。”