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对玉米自交系RP125的EMS化学突变体库进行控制授粉 。受访者供图
采访人员 李晨
高质量基因组结合同背景的突变体库可助力基因挖掘和功能研究，为玉米遗传研究和作物改良提供新的种质资源 。
近日，《植物杂志》在线发表了多个团队合作研究的最新成果 。他们从头组装了我国第一个玉米自交系的高质量参考基因组，并在该背景下创制了表型变异丰富的突变体库 。借助于二者黄金组合，该团队克隆了一系列基因，并对其中一个新基因的功能进行了解析 。
国内首个优良自交系基因组的高质量组装
玉米是世界上最重要的农作物之一，在适应不同生境的过程中，产生了种类繁多的玉米自交系 。这些自交系是玉米育种依赖的重要种质资源 。
“由于玉米具有丰富的遗传多样性，准确的基因组和注释信息是作物改良和全基因组精准鉴定的基础 。”论文共同通讯作者、山东农业大学教授张志明告诉《中国科学报》，自2009年玉米自交系B73的参考基因组发布以来，北美、南美和欧洲的其他几个重要自交系已经测序并组装完成，而国内只有少数自交系具有基因组信息 。
“很多在中国和亚洲地区广泛使用的优良育种系还没有高质量的基因组信息 。”论文共同通讯作者、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员吴庆钰说，亟待挖掘新的玉米自交系基因组信息，从而丰富玉米种质资源 。
论文共同通讯作者、山东大学教授徐芳告诉《中国科学报》，自交系RP125由中国工程院院士、四川农业大学玉米研究所教授荣廷昭，以及该所教授潘光堂选育，是西南玉米产区骨干自交系，其来源于川单9号太空诱变后群体分离出的不育株与多个杂交种的遗传重组后代 。
徐芳介绍，RP125广泛适应不同的生态区，其雌雄花在不同纬度下能同步发育，发达的根系可有效利用土壤肥力，产量达7500公斤/公顷左右；同时，RP125抵抗包括玉米叶斑病、丝黑穗病和青枯病等在内的多种病原菌 。而且，利用RP125为亲本，已经选育出5个性状优良的杂交种 。
因此，该团队对玉米自交系RP125的参考基因组进行了从头组装、功能注释和序列比对，经修正和系列质检表明，组装质量优良 。共获得43098个高置信度的蛋白质编码基因，其中42930个（占99.61%）分布在10条染色体上 。
张志明认为，RP125基因组与B73、W22和Mo17等自交系的基因组整体比较，揭示了大量单核苷酸多态性和结构变异，但基因组间整体存在良好的共线性，表明RP125与其他自交系间具有较大遗传差异，但整体遗传稳定 。
“这是国内第一个从头组装的玉米自交系高质量基因组图谱，将为作物改良和全基因组精准鉴定提供有价值的资源 。”张志明说 。
相同遗传背景下的突变体库创制
有了高质量基因组图谱，在遗传研究中，为了获得某一基因或位点的功能，科学家会将该基因或位点突变，从而形成突变体 。“突变体种质资源的创制、鉴定和应用是玉米功能基因挖掘和遗传解析的基础 。”张志明说 。
突变体是相对于野生型而言的 。野生玉米包含有大约4万多个基因，其中任何一个基因发生突变都能成为一个突变体 。
目前，科学家创制突变体，主要有几种方法，包括EMS化学诱变、Mu转座子插入和CRISPR/Cas基因编辑等 。每种方法都能创制很多突变体，这些突变体就组成了突变体库 。例如，以B73自交系为背景创制的化学诱变突变体库、以W22自交系为背景的转座子插入突变体库和以KN5585自交系为背景的基因编辑突变体库等 。

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