第一代玉米互作组

【作者】 韩林倩； 钟万顺； 钱佳； 金敏亮； 田鹏； 朱万超； 严建兵； 杨芳； 李林；

【机构】 华中农业大学作物信息学研究中心及作物遗传改良国家重点实验室；

【摘要】 【研究背景】生命科学研究已经进入大数据时代。尽管数以万计物种的基因组已经获得,我们对于绝大多数基因组元件的功能仍不了解。生物及其基本组成单元细胞是极为复杂的系统,由功能元件复杂而动态的互作而行使功能。以功能元件互作为基础的调控网络,为我们了解生物复杂的生命过程以及功能提供了有效的手段;【材料与方法】我们以玉米参考自交系B73为研究对象,获得其全生育期26个不同组织发育时期的样品,利用ChIA-PET鉴定基因组三维互作,采用ssRNA-seq,circRNA-seq以及small RNA-seq等技术鉴定玉米全生育期所有可能表达元件及其共表达网络,利用Ribo-seq技术鉴定玉米翻译元件及其共表达网络,再利用玉米库对库高通量酵母双杂技术获得玉米蛋白与蛋白全基因组互作;【结果与分析】整合玉米参考自交系B73的26个组织时期的基因组、转录组、翻译组以及蛋白组的互作数据,我们构建了包含6百多万对功能元件互作对的4千多个功能模块的第一代玉米互作组,其中仅蛋白与蛋白互作对就超过36万对,是目前已经报道的人类蛋白互作对的三倍多。玉米是远古异源四倍体,其亚基因组maize1与maize2在进化中显现出不对称分化。我们构建的第一代玉米互作组分析表明,玉米两个亚基因组间在转录组、翻译组以及蛋白组的调控网络存在渐进式的功能分化;基于第一代玉米互作组的生物大数据分析,可以全面解析已经克隆基因的功能,快速高效克隆QTL,为重要性状功能基因重建调控网络,进而可以系统解析重要性状的分子机制与调控网络。以开花期为例,我们利用机器学习模型,预测出3000多个开花期相关基因,其中200个为重要节点基因,涉及到10个生化途径共同调控玉米开花期。进一步对其中15个基因进行CRISPR基因编辑发现,5个基因可以被验证。【结论】在生物大数据时代,第一代玉米互作组使全面解析重要农艺性状的遗传机制成为可能,在一定程度上变革了遗传学、功能基因组学的研究思路与方式。更多还原