Plant Communications是2019年6月份，Molecular Plant联合Cell Press创办的姊妹刊。该刊的定位是成为具有广泛国际影响力的植物科学领域高水平开放获取式期刊，致力于发表植物科学各个领域的重要科研成果。于2019年9月17日online首批三篇文章。本文是该刊2019年11月27日online的综述。通讯作者是刚刚履新的华中农业大学副校长严建兵。本文的名字就非常宏伟大气，只有玉米遗传领域的大牛才能驾驭。靠谱er斗胆根据自己的体会全文翻译了这篇综述，不当之处请读者海涵。目前plant communications没有影响因子，但是从文章的质量来看，影响因子不会低。
摘要玉米自从从大刍草驯化以后，被广泛传播到世界各地种植，现在已经成为最重要的农作物之一。另外，由于玉米具有广泛的表型和基因型变异，也是一个进行基础研究的模式物种。本文将对玉米的驯化、驯化相关性状的关键基因、当前功能基因组研究的遗传资源进行综述，并讨论目前多数已经被克隆的基因功能和那些可能被利用进行遗传改良的基因。最后，我们也带了一些功能基因组研究和玉米等农作物育种研究的私货（此处需要双击666）。玉米的驯化自动哥伦布到达新大陆并把玉米引入欧洲之后，玉米就在全世界范围内传播开来。当前，玉米产量已经超过小麦和水稻，在满足人类粮食的需求上扮演着及其重要的作用。从上个世纪以来，玉米的起源问题一直存在争议。一种假设认为，玉米由玉米的近缘物种摩擦禾(Tripsacum)杂交而来；另外一种认为古老的野生玉米是现代玉米的祖先。后来的遗传学和考古学证据表明，大刍草的一个亚群（Z. mays ssp. parviglumis）是玉米的唯一一个祖先，大刍草和玉米在9000年前的墨西哥西南部巴尔萨斯河歧化，这个观念已经被广泛接受。大刍草中一些关键的性状和玉米差别巨大，比如分枝和分蘖数量、单株雌穗数量、每穗粒数、籽粒大小等等。那到底有多少位点参与了驯化过程呢？40年前，Beadle等人构建了一个包含50000个单株的大刍草-玉米杂交F2群体，他们发现子代中双亲类型的个体占比大约在1/500，由此推测4-5个主要的位点参与了玉米的驯化。之后，Doebley和Stec定位了大刍草和玉米分化相关的性状的5个主效QTL位点和一些微效的QTL。这个结果和Beadle的不谋而合，意味着少数位点变异是大刍草-玉米形态分化的原因。Wright等人研究了744个基因，估计占比2-4%的玉米基因在驯化和遗传改良中受到了选择。基于最近释放的玉米高质量参考基因组和注释信息，玉米包含了39000-42000个编码蛋白基因。这暗示大约800-1700个基因在驯化过程中受到了选择。受益于大规模的NGS测序成本的降低，基于群体重测序的研究获得了大量受选择区域的细节。Hofford对改良玉米，地方种和野生种重测序，鉴定到了695个驯化相关位点（涵盖7.6%的基因组），其中107个在改良过程中受到了选择。这些发现表明在玉米驯化和改良进程中，仅仅有少量且占基因组比例较低的基因被选择。在这些遭受选择的基因或者位点中，一些重要的驯化基因已经被克隆。tb1，编码一个大刍草分支1/环化/增殖细胞核抗原因子家族的转录因子，通过转座子标签法克隆，该基因抑制腋芽的生长，促进雌花花序的形成。tb1基因的casual突变（一个转座子TE）位于这个基因的上游60kb区域，暗示长距离的染色质互作在玉米驯化中扮演着重要的作用。这个TE能够增强tb1的表达，进而抑制腋芽的生长；也能通过调控发育相关的基因（比如pcna2和mcm2）的表达或者直接/间接的影响基因调控网络来增强顶端优势。tb1基因不光在玉米中起作用，在其他植物中也起类似的作用。比如在水稻中，tb1的同源基因，OSTB1，也作为一个分蘖的负调控因子；在拟南芥中，BRC1基因经RNAi干扰后产生多个分蘖的表型；在大麦中，HvTB1突变体在幼苗期会产生显著多的分蘖数；在面包小麦中，TaTB1和FLOWERING LOCUS T1互作调控花序结构。tb1基因的保守性功能表明它在野生植物中驯化的能力。玉米种另一个研究透彻的驯化基因是tga1，该基因编码一个SBP转录因子，能使籽粒被较长的坚硬稃壳包裹性状（大刍草）转变成为无壳且柔软的性状（玉米）。该QTL最开始被定位到玉米4号染色体的一个孟德尔位点，之后几年内被成功克隆。tga1的causal突变是位于第一个外显子区域的SNP变异，导致一个氨基酸序列的改变（赖氨酸到天冬酰胺），影响TGA1和其靶标的结合活性。有趣的是，tga1还受tb1调控，通过TB1直接结合tga1的promoter区域的两个GGNCCC motif。除了以上的tb1和tga1外，其他也有关键的基因被克隆。大多数这些玉米驯化基因是转录因子，在驯化过程中他们的表达上调了。因此，他们的上调表达很可能会影响大量的下游基因表达，比如其他的转录因子。这些结果暗示与影响单个蛋白质功能的变异相比，在调控网络水平进行选择可能能更有效地驱动表型变异。最近，两篇利用ChIA-PET（Chromatin Interaction Analysis using Paired End Tag sequencing）技术进行全基因组染色质互作的研究显示它们和基因表达调控的联系，包括和TB1，UB3，ZmCCT9，Vgt1和其他causal基因之间的互作。我们相信群体水平的染色质互作事件鉴定能够检测到更多的重要调控元件并且能为未来玉米改良提供有用的选择靶点。功能基因组学研究资源参考基因组序列最先公布的玉米参考基因组是2009年基于BAC文库和fosmids构建的B73基因组，之后在2017年又基于单分子测序技术公布了一版更新的参考基因组。B73基因组的释放极大地促进了玉米功能基因组研究。通过序列比对B73基因组，其他自交系中发掘到了百万级别的SNP位点和InDel位点，还包括SV变异，PAV变异，ePAV变异和CNV变异。通过重测序数据跟B73参考基因组比对后获得的高密度SNP信息极大地扩展了我们对玉米驯化和发育的认知；也加深了我们对重要性状比如开花期、抗病性、维生素代谢、株高和产量性状遗传基础的理解。整合和已知基因、性状关联的SNP信息并设计成SNP芯片可用于分子育种。然而，大多数的重测序数据，不管是玉米还是其他作物，都是跟某一个参考基因组比对后进行SNP calling，这就限制了充分利用基因组数据的能力，也限制了检测SV和全面展现遗传多样性的能力。最近，人类的graph-reference基因组（整合了当前已经存在的变异信息），被用来进行比对和genotyping。这种策略能利用多个基因组的信息和已经报道的变异信息提升变异检测的准确性，尤其是针对SV的检测。我们推断这种graph-reference基因组策略或者其他新开发的方法将很快被玉米或者其他作物基因组的研究者们采用，用来整合日益增长的变异数据和基因组数据。重测序研究的另外一个缺点是他们没有检测SV和性状之间的关联，尤其是现有研究表明SV影响着很多重要的农艺性状，比如开花期、株高、籽粒重、抗病性和代谢相关性状。在全基因组水平上，22%的SV变异并不能被SNP检测到。这表明为了更全面的鉴定玉米功能基因组信息，我们需要更多的参考基因组信息。随着测序技术的更新迭代和测序的成本降低，玉米其他材料的基因组数据也陆续被释放，包括PH207，Mo17，mexicana，W22，黄早四和SK。这些基因组中，B73，Mo17，W22和SK组装质量较高，是玉米基因组研究的代表。它们通过单分子测序技术组装而成，在基因组注释、重要元件的鉴定和变异尤其是SV变异检测上具有明显优势。如果没有SK高质量基因组信息，鉴定位于ZmBAM1d基因（影响籽粒大小和重量的一个主效QTL）上游一个大的SV变异将会花费更大量的努力。毫无疑问，这些基因组信息将会极大地促进玉米遗传多样性、遗传变异和表型变异的关联和玉米改良的研究。突变体库突变体是植物功能基因组学研究的重要资源。不像拟南芥和水稻中基于农杆菌介导的T-DNA插入突变体库，玉米研究者主要采用转录组标签突变体库进行基因克隆相关工作。玉米很多重要农艺性状都是基于转录组标签法克隆到的，比如大名鼎鼎的tb1基因，就是上文介绍的影响分蘖数和花序发育的主要驯化位点。一些研究项目利用玉米Mu转座子插入构建突变体库，包括TUSC，MTMdB，Mu array，RescueMu，PMS和UniformMu。其中UniformMu应用最普遍。然而，仅仅30%左右的玉米基因有UniformMu的插入。除了转座子突变外，TILLING技术也被用来构建玉米突变体库。利用EMS诱变形成的点突变构建突变体库，能适应高通量的检测变异情况。路小铎于2018年构建的玉米EMS突变体库覆盖了80%的玉米基因，每一个line包含了平均4500个突变。遗传群体和自然群体利用分子标记构建遗传连锁图谱并进行QTL定位需要一个作图群体。作图群体包括F2群体，BC群体，CSSLs系，RIL群体，MAGIC群体等。除了这些常见的群体之外，玉米研究者们构建了其他高分辨率的作图群体。比如基于B73-Mo17构建的IRIL群体（IBM）。不像常规的RIL群体，B73和Mo17杂交后的F2代相互组配杂交4代以后才进行单粒传法构建RIL群体。由于有额外的互交，这种类型群体拥有2.7倍的重组距离和3.86倍的总遗传距离，能极大地提升QTL定位的分辨率。另外一个就是NAM群体，基于一个共用的B73亲本，和25个杂交分别构建RIL群体。这个群体包括约136000个重组事件，平均每个基因有3次重组事件。并且这种遗传设计可以发挥连锁作图和关联分析的优势。IBM和NAM群体都被用来解析复杂性状的遗传基础，比如开花期和抗病性状。这些资源包括亲本材料都可以开放获取（https://maizegdb.org/stock_catalog）。最近，Xiao等构建了一个ROAM群体，这种群体有几个优点，最令人印象深刻的是它能整合新开发的群体到已经有的群体中。该群体被成功用来解析玉米穗轴、籽粒和株型性状的遗传基础。植物遗传学研究中，首次进行关联分析是在dwarf8基因和开花期之间进行的。这项研究利用覆盖dwarf8基因的123个多态性位点，加入141个SSR标记控制群体结构，在92个玉米自交系中检测标记和开花期的关联程度。之后很多玉米的自然群体被用来进行关联分析检测候选基因，并逐步进化成全基因组关联分析（GWAS），物种包括但是不限于拟南芥，大麦，水稻和番茄。在玉米中，有一个包含302个自交系的Goodman群体，该群体利用Illumina的MaizeSNP50芯片和GBS法进行了genotyping。Goodman群体已经被用来解析穗腐病、铁稳态、黄曲霉毒素抗性、拟轮生镰刀菌抗性、代谢产物和重要农艺性状的遗传基础。另外一个自然群体是MaizeGo，包含了540个精选的玉米自交系，代表了玉米最大数量的关联群体。利用该关联群体或者该群体的子集，研究者们进行了大量的努力去解析复杂性状的遗传结构，包括表达性状、代谢水平的性状、农艺性状和抗旱性性状。数据库和数据集玉米研究最有价值的就是MaizeGDB数据库，这个数据库于20世纪90年代早期释放，从那之后逐渐升级换代成功能全面的数据库并且整合了玉米功能基因组研究的工具。首先，它提供若干个玉米自交系测序数据，并且操作界面友好。其次，它包含了大量玉米库存、多态性、突变体、表型、遗传图谱、QTL、基因注释、转录组和蛋白组数据集。再次，它提供了查询和可视化数据工具，比如，SNPversity支持选定基因组区域的SNP多样性可视化，可以探索目的基因的表达情况。最后，它支持额外的服务，比如年度玉米遗传学大会，MaizeGDB编辑委员会推荐出版物和通过玉米遗传合作储备中心（Maize Genetics Cooperation Stock Center）处理库存需求。玉米研究团体生成了大量的数据集，但是本文重点在群体水平的遗传变异和基因表达数据集上。伴随着玉米B73基因组的释放，第一代单倍型图谱也紧随其后释放了。HapMap1基于骨干亲本的NAM群体构建，包含了330万的SNP和InDel数据。基于103个自交系（19个大刍草，23个地方种，60个改良种）深度测序信息，这个单倍型图谱升级到第二版（HapMap2）。第二版的单倍型图谱包含5500万SNP，21%位于基因区，并被用来鉴定玉米驯化和改良过程种中受选择的区域。最近，对大约1200个自交系材料进行NGS测序，构建了玉米的第三代单倍型图谱（HapMap3），该图谱包含了8300万SNP。除了单倍型构建的群体之外，MaizeGDB中的材料也进行了SNP芯片，转录组测序和GBS测序，SNP密度同样很高（265万SNP）。这些信息都整合在MODEM数据库中（http://modem.hzau.edu.cn/）。基因的时空表达谱对功能研究和发育进程非常重要。玉米中多数基因表达研究集中在不同发育时期的玉米的籽粒以及籽粒构成因子上，用来鉴定籽粒和胚乳发育的调控网络。Fu等以368个玉米自交系（MaizeGDB材料的一部分）授粉后15天的籽粒为材料，构建了28769个基因和42211个转录本的表达谱。类似地，Li等报到了玉米籽粒和胚乳0-12 DAP（授粉后天数）时间段内8个点的表达谱。Chen等和Yi等研究了玉米0-38DAP和授粉后0-144小时的胚、胚乳和整个籽粒的基因表达水平。最近，Zhan等利用显微切割技术分离了B73材料8 DAP的5个胚乳的不同组织，进行转录组测序，并对基因的转录本进行了定量。除了籽粒相关组织的表达定量外，其他覆盖玉米整个生育期的组织都有进行转录组研究的报道。比如B73的79个组织；B73的23个组织；B73，Mo17和F1植株的23个组织。这些多样化的表达研究对鉴定发育的调控网络大有裨益，并且能够提供感兴趣的目标基因功能分析的第一步提示。重要数量性状的gene玉米农艺性状中有数以千计的QTL，其中数百个QTL被鉴定到。有464个经典的表型突变体基因被克隆（2011年数据）。虽然这些被克隆的基因对玉米发育非常重要，但是大多数基因有害而并没有被直接用来进行育种应用。因此，本文将把重心放在图位克隆法克隆的基因上。开花期基因在20世纪90年代晚期，Vlăduţu等鉴定到了两个紧密连锁的开花期相关QTL（Vgt1和Vgt2）。Vgt1被定位到1.3cM的区间并最终在2007年被克隆。Vgt1基因包含一个非编码的调控元件，位于AP2-like的转录因子（ZmRap2.7）上游70kb。ZmRap2.7是开花期的负调控因子。两个独立团队的关联分析研究表明Vgt1基因的3个多态性位点和开花期显著关联。MITE元件高度甲基化，其插入侧翼序列比没有MITE插入的allele甲基化程度显著提高。F1植株中等位基因特异的表达分析表明两个等位基因特异的转录本有明显的表达差异。ZmCCT是另外一个开花期的主效QTL位点，最开始被定为在170Kb的区间内，双亲中分别包含5个和8个基因。ZmCCT10是水稻Ghd7的一个同源基因，该基因被认为是这个QTL的候选基因。另有团队将该QTL定位在202kb的区间，包含ZmCCT10基因部分序列，该基因是这个区间里唯一的基因。ZmCCT10基因的效应被两个独立的关联分析和转基因研究所证实。该基因的causal变异是位于ZmCCT10基因上游2.5Kb处一个5122bp的CACTA-like的TE元件，这个元件能影响ZmCCT10基因promoter区的甲基化水平，进而影响该基因的表达水平。另外一个CCT类基因，ZmCCT9，是qDTA9的候选基因。该QTL被缩小到2.4kb的区间，位于ZmCCT9上游57Kb的位置。关联分析结果表明一个Harbinger-like的TE和DTA表型显著相关。CRISPR敲除ZmCCT9后表现出长日照下早开花习性。有趣的是，这3个TE是玉米驯化后经历了选择，以适应温带的环境。Vgt1基因的MITE allele频率变化范围在0.3（热带种质）到0.87（欧洲和北部的优异种质）之间，而且MITE频率和纬度具有显著的相关性。ZmCCt10和ZmCCT9的TE allele频率分别从热带种质的51.4%，10.3%上升到温带种质的85.4%，79%。其他物种中ZmCCT10，ZmCCT9和CCT类基因在调控开花时间上均具有重要的功能，这暗示CCT基因具有保守性的功能。玉米中有53个CCT基因，基于候选基因的关联分析发现其中15个和开花期显著关联。这些研究充实了CCT基因研究和开花期调控的相关pathway。株型相关基因矮杆和半矮杆基因的利用促发了第一次绿色革命。这表明株型改良在产量提升上的重要性。虽然有很多株型相关突变体基因被克隆，但是叶片夹角和株高相关的QTL却很少被图位克隆法克隆。ZmCLA4，水稻中OsLAZY1的同源基因，是控制叶片夹角qLA4-1的功能基因。该基因在大的叶片夹角和小的叶片夹角的材料中差异表达，大叶片夹角材料中表达量低，暗示该基因影响叶片夹角中的负调控机制。该负调控机制在水稻的RNAi和过表达实验中得到证实。最近，田丰等人克隆了两个叶片上举型株型的QTL，UPA1和UPA2。对应的基因分别是brd1和ZmRAVL1，它们是水稻中RAVL1基因的同源基因。在UPA2上游9.5kb处有2个InDel的功能性变异，导致和drooping leaf1基因编码的DRL1蛋白结合能力的改变。LG1（被liguleless1基因编码，在叶片叶舌和叶耳发育中起重要作用）激活ZmRAVL1的表达，而DRL1和LG1的互作能够抑制激活。有趣的是，ZmRAVL1能够调控brd1的表达，也改变内源的油菜素内酯水平和叶片夹角。其他株型相关基因比如qPH3.1，qph1基因靠谱er就不一一翻译了，感兴趣可以参看原文。产量相关基因雌穗和籽粒相关性状是玉米产量的构成因子。两个籽粒行数基因（KRN4和KRN1）和一个籽粒大小和重量基因（QHKW1）已经被克隆。KRN4被定位到一个3kb的基因间区，该区间位于UB3基因的下游60kb，负调控籽粒行数。3kb区间内一个1.2Kb的PAV变异和UB3基因的第三个外显子上一个SNP的变异加性调控KRN，并且这两个位点都在玉米改良中受到选择。在水稻和玉米中，UB3基因表达蛋白结合在参与细胞分裂pathway的基因上，编码花序相关转录因子。在玉米中，UB3蛋白还参与生长素pathway和CLV-WUS pathway。其他产量相关基因krn1，qHKW1基因详见原文，靠谱er也不翻译了。抗病基因病害是引起玉米减产的重要因素之一。克隆抗病基因的综述Yang等在2017年的文章总结得非常全面，本文只综述最近克隆的ZmCCT10和ZmAuxRp1。两个赋予玉米茎腐病抗性的主效QTL（qRfg1和qRfg2）被定位到，而且qRfg1被定位到500kb的区间，后又继续缩小到170kb。有趣的是，ZmCCT10基因是这个QTL的候选基因，其CACTA-like TE也是开花期的causal变异。TE改变ZmCCT10顺式作用区域的组蛋白修饰和DNA甲基化水平，导致表达的变化，进而增强抗病性。qRfg2首先被定位到300kb的区间，又缩小到2.6kb区间，该区间包含一个基因，zmAuxRP1，编码一个未知domain的蛋白。RNAi干扰试验提升抗病性，过表达则提升感病性。该基因通过影响IAA和苯并氧唑类物质生物合成调控茎腐病抗性。营养元素利用基因一个QTL（qHO6）能分别解释种子油分含量和胚油分含量的PVE 11%和9.5%，被定位在4.8kb的区间。候选基因DGAT1-2编码一个type1型acyl-Coa:diacylglycerol酰基转移酶。高油分的allele异常表达导致种子，胚和油酸含量分别提高27.9%，26.1%和84.5%。DGAT1-2基因的469位置一个额外的苯丙氨酸插入导致酶活性的提高。十六酸是饱和脂肪酸的一类重要家族。利用B73和By804构建的RIL群体，Yang等定位到了8个QTL，总共可以解释十六酸表型变异的65.3%，其中主效的pal9的PVE达到42%。pal9继续被精细定位到90kb的区间，包含唯一一个基因Zmfatb，该基因编码一个硫酯酶，最后一个外显子区域一个11bp的InDel变异是其casual变异，导致翻译提前终止影响酶活性。其他基因比如ZmPORB2基因也不再赘翻。图位克隆基因的经验经验一：从这些图位克隆的基因来看，SV和TE在塑造植物并增强其适应性方面发挥着重要作用。SV和TE是某些重要QTL的casual突变，也是一些GWAS分析鉴定的基因的casual突变。在植物和人类中，TE能通过调节基因表达塑造表型。经验二：自然变异和突变体allele都有可能是重要数量性状变异的原因。其他的一些研究有着类似的发现。比如，一个微效的allele fea3，能增加籽粒行数和每穗粒数，同时不会增加穗长。Liu等发现一些籽粒相关突变体基因富集在籽粒性状QTL内，而且这里面某些基因和籽粒性状显著相关（显著关联SNP位于调控区或者属于非同义突变）。这些发现凸显了通过联合突变体基因克隆和CRISPR/Cas9技术改良玉米的可能性。玉米中不同性状的遗传基础差别巨大。对于开花期，油分含量而言，很多的位点，包括一些微效位点都被鉴定到。产量相关性状，比如株型、穗部和籽粒性状，具有更加复杂的遗传结构（有几百个位点）。与此相反，对抗病性而言，比如灰斑病，只有少数位点被定位到（NAM群体中只有16个位点，只有3个效应较大）。这种情况在其他作物中并不保守。和玉米不同，水稻抽穗期和籽粒大小重量受几个基因调控，而且效应都较大。这种差异表明玉米改良之路不会和水稻一样，研究者应该基于优良性状遗传复杂性选择一个合适的方法。比如，主效QTL，使用MAS法就是一个高效的策略。而对于具有复杂的遗传基础性状而言（开花期或者产量性状等），基因组选择是一种更合适的策略。展望鉴于玉米基因组有极大的多样性，玉米与其他植物（尤其是水稻和拟南芥）中重测序研究，我们相信更多的高质量基因组序列（包括大刍草、地方种和热带种质）对全面理解变异特征而言是必须的。另外一个挑战就是快速克隆和验证重要性状的基因。方法论的进步极大地加速了这一过程，尤其是遗传转化技术、基因编辑技术和单倍体诱导技术成熟和完善，新的QTL定位和克隆技术也层出不穷（QTL-seq，QTG-seq等等）。综合利用这些方法快速定位和验证候选基因能够提供一个革命性的基因克隆和能直接用于育种工作有利的等位基因筛选的方法。此外，很多重要的QTL，比如tb1，UPA1,和UPA2,来自于大刍草和栽培玉米的杂交群体，表明还有大量的基因宝藏正等着被挖掘。它不仅可以提供有关驯化的见解，还可以提供未来改良和重新驯化新作物的方向。技术虽然某些玉米基因组序列和大量的变异已经获得，大多数基因的功能、控制何种性状和生物学过程仍然不明。在过去的十年中，基因型的限制和低效的遗传转化效率是玉米遗传研究落后于拟南芥和水稻的原因。然而，Bbm和Wus2异位表达和利用Zm-PLTP和Zm-Axig1启动子区提升转化效率已经给高效进行基因型依赖的转化打开了一扇窗口。根植于这些改良的转化技术，CRISPR/Cas9技术不仅能进行单基因多个突变位点，而且能进行多个基因的同时突变操作。通过整合多个guide RNA到一个载体中或者一个guide RNA中靶向一个同源基因的保守区实现。这将使具有冗余功能的基因家族研究受益。此外，CRISPR/Cas9系统也能进行全基因组的突变体库的构建。基于TILLING技术或者Mu插入构建的突变体库往往有很多随机突变的位点，并且由Mu构建的突变体突变位点有时并不稳定，这将使表型调查和基因功能验证变得困难。而CRISPR/Cas9系统能产生稳定的突变体，突变位点能精确到特定的位点。玉米中越来越多的研究报到了CRISPR/Cas9的技术应用。这些应用展现出了该技术在玉米功能研究和育种中的巨大潜力。传统的QTL定位需要构建作图群体，需要进行自交、回交或者互交，因此图位克隆方法耗时较长。QTL-seq和QTG-seq结合了BSA和NGS测序的优势，能快速进行QTL的鉴定。QTG-seq能达到300kb的定位分辨率。玉米单倍体技术的应用能快速构建一个DH系群体（比如利用诱导系杂交）。几个控制单倍体诱导率的QTL被定位，近期其克隆和机制解析也被报到。ZmPLA基因一个4bp的插入和ZmDMP基因一个核苷酸的变化导致诱导率的增加。Li 通过单细胞和测序发现诱导系中花粉的几个染色体片段化，这也许是单倍体诱导的原因。这些研究对加速育种进程有极大的潜力，并且在水稻和小麦中有操控ZmPLA1基因产生单倍体的报到。多样化的育种目标自从玉米从野生祖先驯化的几千年以来，产量一直是育种的中心目标。此外，今天针对特殊的需求又出现很多新的玉米品种，即“特用玉米”，比如青贮玉米，糯玉米，高直链淀粉含量玉米，高油玉米，高蛋白玉米，甜玉米和爆裂玉米。从20世纪初以来，特用玉米的种质面积不断的扩大。比如糯玉米，从20世纪90年代被育成以来到现在，它在中国的种植面积达到90万公顷。而在美国，接近40%的玉米被用来制造燃料乙醇。这两个现象反映了玉米育种中会出现越来越多的个性化需求。基于以上综述的玉米驯化过程中的基因组改变和已经克隆的QTL信息，很多的性状其实只受少数的基因影响。以胚乳糯性性状为例，仅仅一个基因（Wx）的突变就能导致胚乳中产生100%的支链淀粉。因此，通过操纵少数几个基因改良玉米特定的性状来满足越来越多样化的需求是可行的。野生材料的再利用玉米中83%的遗传多样性来自于它的祖先。这个比例比其他主要作物都要高，一个可能原因是玉米是异交物种。然而，大刍草代表着重要的资源，可用于精细定位玉米人工选择过程中丢失的重要性状的基因/变异。有几个不同的方法发掘这些基因/变异。首先，传统的QTL定位和图位克隆已经成功地克隆了很多基因。比如ZmCCT10和ZmCCT9基因就是利用玉米-大刍草的BC2S3群体定位和克隆的。利用大刍草的群体进行关联作图检测基因和表型的相关性也是一个有力的工具。然而，仅有的两篇研究只用了少于150个标记进行候选基因的关联分析。未来可期的是，更多的位点，包括一些新位点，将可以通过更高密度的分子标记GWAS分析检测到。最近，利用抗性基因富集测序法（AgRenSeq）的关联遗传学（基于k-mer的关联作图法）成功在野生作物材料中发掘和克隆了抗病基因。多组学的数据也是鉴定性状基因的强力武器。已经克隆的大刍草基因/变异随后能通过渗入直接应用到玉米育种中。另一种可能是通过长时间的回交或者短时间的基因编辑来从头开始驯化大刍草（这个厉害了！）。后一种方法需要一个成熟大刍草转化体系。像我们上文提到的那样，玉米驯化过程中仅仅数百个基因受到选择。如果我们非要改变几个关键基因满足玉米多样化的育种目标的话，需要少于100个基因需要被编辑。这么做的时间成本和金钱成本，相对于持续了数千年的人工选择而言，都将会极大地削减。原文下载地址（open access）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346219300100
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