高质量玉米W22基因组信息解读
玉米是世界上最重要的粮食作物之一，其栽培品种繁多，根本原因在于种内基因组的多态性，不同的杂交方式导致不同的性状分离和高度的杂种优势水平，所以对玉米不同品系的基因组探究一直是研究热点。
在基础科学研究中，玉米也是十分理想的模式植物。作为转座子发现的载体植物，其基因组中存在大量的可跳跃的转座子。目前关于转座子在基因组中插入位点的选择偏向性的研究还十分有限。
其中，又以自交系W22的遗传背景最为广泛。W22素有 “小黑棒子”之称，其深紫色的果穗是由于色素在籽粒的糊粉层积累所致，色素积累关键基因bz-1可以作为转座子（Mu）插入的标记基因，其突变导致籽粒呈黄铜色。利用这一标记性状，该领域研究人员此前建立筛选了由转座子插入的突变体库——UniformMu，并利用该突变体库中的玉米突变体，揭示了许多关键科学问题，例如ABA合成途径关键基因VP14、赤霉素调控雌雄花等。
所以，对W22的基因组组装研究更是势在必行。日前发表的高质量W22基因组信息，不仅能补充UniformMu突变体库的准确遗传信息，而且能够揭示转座子对基因组的选择偏向性。
文献ID
文献题目：《The maize W22 genome provides a foundation for functional genomics and transposon biology》
发表期刊：《Nature Genetics》
发表时间：2018年
影响因子：27.12
主要研究单位：明尼苏达大学、佛罗里达大学、唐纳德丹佛植物科学中心、爱荷华州立大学等
研究亮点
1. 通过高深度（>180X）的短reads测序，组装出玉米W22自交系的高质量基因组。利用不同组织的RNA-seq数据完成基因注释和转座子注释，并结合B73基因组分析了可变剪接情况。这些数据为玉米的遗传基础研究、不同自交系间的基因组进化情况和玉米的生物多样性等方面提供理论指导作用。
2. 利用Mu-flanking sequence在W22基因组上重新mapping转座子插入位置，使得UniformMu突变体库中的13444个突变体的插入位点更精确，为遗传研究提供数据信息保证。
3. 对Mu和Ds转座子插入位点附近的DNA甲基化和染色质分析，结果显示两种转座子插入基因组时对位点旁染色质选择的偏好性。
研究方法
基因组测序和组装: 利用DenovoMAGIC 2进行组装，并通过Bionano mapping与B73基因组比对进行确认。
基因和转座子注释： 蛋白编码基因利用MAKER-P和RNA-seq进行基因注释，利用B73转座子注释方法并结合TARGeT进行转座子注释。
转座子Mu和Ds mapping：利用UniformMu群体的Mu-seq flanking序列与W22基因组进行mapping。
DNA甲基化和染色质分析：重亚硫酸盐处理后测序并分析甲基化水平，结合bedtools分析转座子插入位点附近的染色质特点。
研究结果
1. W22基因组的组装和注释
通过短reads测序（>180x），利用pair-end（PE）和mate-pair（MP）等方法组装获得ScaffoldN50=35520102bp、ContigN50=72426bp的W22基因组，其大小为2.13G。基因组注释得到40789个已鉴定的蛋白编码基因，其中外显子和内含子各占基因组的2.99%和5.15%。177000个转座子占基因组大小的64%。各组成成分在各个染色的分布如图1所示。
图1 W22基因组各成分分布情况
2. 转座子在W22基因组中插入位点的分布
用于遗传学研究的玉米突变体材料多以W22为遗传背景，其中 UniformMu通过Mu-seq高通量测序已经鉴定出13444个插入位点。根据W22基因组信息，对2029个Ds和68866个Mu转座子进行准确mapping，并与B73基因对比，12%-15%的插入位点是在W22中最新发现的。
图2 转座子在W22和B73中的插入位置对比
3. 转座子插入位点的甲基化和染色质特点
对W22基因组的 whole-genome bisulfite sequencing (WGBS）分析显示，W22基因组中启动子和转录本3’末端的开放性染色质和CHH甲基化比较集中，而CHG和CG甲基化水平比较低。但是，CG和CHG甲基化水平会在TIR和LTR转座子插入区域富集。另外，Mu和Ds转座子都倾向插入低CG和CHG甲基化区域，但是Mu转座子插入位点离CG和CHG甲基化区域很近，而Ds转座子插入位点离CG和CHG甲基化区域很远 （图3）。
图3 转座子插入位点与基因组染色质特性对应情况
对基因组中转座子插入位点附近2kb序列的染色质进行分析，结果显示不同的转座子家族，其插入位点附近的染色质情况也不一样，有些呈现非常高的甲基化水平，有些又呈现低CG和CHG甲基化水平。而Mu和Ds转座子作为染色质分析的外参，分析其已经存在的插入位点100bp序列显示，Mu和Ds转座子呈现比已存在插入位点更低的CG和CHG甲基化水平，但是CHH甲基化水平相对持平（图4）。
图4 已存在的TIR元件、全新Ds或Mu插入位点flanking区域的染色质特性
文章总结
玉米作为主要粮食作物及科研模式植物，其基因组信息（B73自交系）很早便得以研究。然而，由于玉米自交系品种繁多，单一的B73基因组无法准确服务于其他自交系的研究，所以PH207、Mo17和W22的高质量基因组被陆续解析。
相对于其他自交系的基因组，W22基因组的获得是对UniformMu突变体库的很好补充，该突变体库的使用信息更准确，对基础研究更具有指导意义。而UniformMu突变体库中转座子插入的准确信息，也为W22基因组的注释提供了特殊价值，清楚地阐述了玉米中转座子插入的选择特点。
撰稿：修志辉
编辑：市场部
【近期热文】
请继续关注“华大科技BGITech”公众号，
科技君将一如既往地为您提供精彩内容！
如有相关问题，欢迎后台留言~~
▼
关注华大科技，尽享精彩科研！
↓↓↓ 点此阅读英文文献