《Scientific Data》：Chromosome-level genome assemblies of two maize inbred lines with contrasting plant architectures
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为解决高密度种植下玉米株型优化难题，研究人员完成了D132和Yu82两个株型对比鲜明玉米自交系的染色体水平基因组组装，获得总长度分别为2,166.50 Mb和2,193.33 Mb的高质量基因组，注释出40,951和40,935个蛋白编码基因。该研究为解析玉米株型遗传机制提供了关键资源，对高产育种具有重要指导意义。
玉米作为全球重要的粮食作物，其单位面积产量的提升对保障粮食安全至关重要。随着全球人口增长和环境恶化，通过增加种植密度来最大化土地利用效率已成为提高玉米产量的核心策略。然而，高密度种植对作物株型提出了严苛要求——理想的株型需要协调植物高度、穗位高度、叶夹角等多重性状，才能有效利用光资源并抗倒伏。这一挑战让人联想到“绿色革命”中通过矮化基因实现小麦和水稻产量飞跃的成功先例，而玉米株型优化因其复杂性更需要基因组层面的深入解析。
在此背景下，河南农业大学库丽霞与任珍珍团队在《Scientific Data》发表了题为“Chromosome-level genome assemblies of two maize inbred lines with contrasting plant architectures”的研究。他们选取了具有显著株型差异的玉米自交系D132（ Lancaster 杂种优势群，松散株型）和Yu82（ Reid 杂种优势群，紧凑株型），通过整合PacBio长读长测序、Hi-C染色质构象捕获、BioNano光学图谱等技术，成功构建了染色体水平的基因组图谱。研究不仅揭示了两种株型背后的基因组特征，更为高密度适应性育种提供了宝贵的遗传资源。
关键技术方法概述
研究采用多技术联用策略：对D132结合PacBio HiFi测序（47.9 Gb，21.8×覆盖度）与Hi-C数据（690.9 Gb有效数据），经HiFiasm组装和Lachesis染色体挂载，实现99.4%序列锚定至10条染色体；对Yu82整合PacBio Sequel（135.4 Gb，62.6×）、BioNano光学图谱（438.4×）及Hi-C数据（326 Gb），通过Falcon与SMARTdenovo混合组装后经光学图谱矫正，最终90.7%序列锚定。基因注释结合从头预测、同源比对及转录组证据（包含172个公共RNA-Seq数据集及Iso-Seq全长转录本），并通过BUSCO评估确认注释完整性达95.1%（D132）和93.6%（Yu82）。
研究结果
1. 高质量基因组组装与特征分析
D132和Yu82基因组大小分别为2,166.50 Mb和2,193.33 Mb，Scaffold N50分别达227.26 Mb和205.38 Mb，contig N50分别为48.86 Mb和1.50 Mb。转座子注释显示，D132和Yu82中重复序列占比分别为81.46%和82.59%，以LTR反转录转座子为主（Gypsy和Copia家族占比最高）。通过BUSCO评估显示基因组组装完整性分别为92.99%和94.08%，LAI（LTR组装指数）分析表明组装质量接近玉米参考基因组B73 v5水平。
2. 基因注释与功能分析
两个基因组分别注释出40,951（D132）和40,935（Yu82）个蛋白编码基因，平均编码序列长度约1225 bp。通过Trinotate进行功能注释，超过96%的基因至少被一种数据库（如eggNOG、GO、KEGG等）注释，其中D132和Yu82分别有96.26%和96.53%的基因获得功能信息。基因结构分析显示，其外显子-内含子分布模式与已发表的B73、Mo17等玉米基因组高度一致。
3. 比较基因组学揭示结构保守性
通过MUMMER全基因组比对和MCScan基因共线性分析，发现D132和Yu82与B73、Mo17、W22、SK四个经典玉米基因组均呈现高度共线性。D132与B73间存在34,448个共线性基因对，Yu82与B73间为31,326对，且染色体层面的大尺度结构排列正确，证实了组装结果的可靠性。这些共线性区块为后续株型相关基因的跨基因组比较奠定了基础。
4. 株型相关基因资源的挖掘潜力
研究强调Yu82的紧凑株型（更低穗位高、更小叶夹角）与D132的松散株型形成鲜明对比，且二者均已被用于鉴定多个株型相关QTL（如D132中已报道的3个基因和17个QTL）。基因组数据的发布使得科研人员可精准定位控制株型的关键基因（如植物激素通路相关基因），并通过等位基因分析加速优良单倍型的育种应用。
结论与展望
该研究不仅提供了迄今最完整的玉米株型对比基因组资源，更建立了从基因组结构到育种应用的桥梁。通过多组学数据整合，研究者证实了组装在染色体尺度、基因注释和序列准确性方面的优越性，为高密度适应性育种提供了精准的遗传导航图。未来，基于这些基因组的分子设计育种有望实现株型性状的定向优化，推动玉米产量的新一轮突破。正如绿色革命中矮秆基因的改变引领了谷物生产变革，D132和Yu82基因组的发布或许将成为玉米株型育种进入精准化时代的重要里程碑。
