文章简介
2015年3月24日，华中农业大学严建兵教授在NatureCommunications（IF:10.742）上在线发表了玉米单细胞全基因测序的相关文章，为国际首篇植物单细胞全基因组测序文章。遗传学研究表明，遗传重组是物种进化的重要动力之一，也是作物遗传改良的理论与物质基础。四分体是一次细胞减数分裂后的直接产物，是遗传重组分析的理想材料。分离四分体的四个小孢子并进行单细胞基因型分析是研究遗传重组机制的最佳方案，尽管目前动物单细胞测序技术较为成熟，但植物中，因为细胞壁的存在让单细胞DNA难以获取，致使这一研究举步维艰。面对这一学科前沿的挑战，严建兵教授课题组发展了一种简单可行的用于分离玉米四分体的四个小孢子的方法，并提取其完整DNA，首次实现了植物单细胞全基因组测序。通过重组分析显示，基因区比基因间隔区更易发生重组，尤其在基因的5’和3’调控区更为常见，该研究首次证实了在植物中存在较强的重组负干涉和复杂的染色单体干涉、环境因素显著影响重组频率等重要遗传学现象。这一创新性技术的建立，不但可以应用于其它植物的单细胞测序研究，同时对玉米重组规律有了新认识，丰富了遗传学理论，为作物的遗传育种提供了有价值的信息。
研究策略
1）实验材料：SKXZheng58的F1四分体利用thinglasspipettesystem和ProgrammableMicroinjectorPM2,000共同完成单细胞分离，共计296个小孢子(来自于24个四分体)。
2）测序策略：Illumina hiseq2000PE100测序，共计4.05billoinrawreads数据。
3）数据分析：亲本SK进行叶的基因组测序（8x），作为参考基因组使用，而另一亲本Zheng58从数据库中下载作为参考基因组使用，最后对96个小孢子数据进行SNPs分析。
研究结果
1）通过分析SK和Zheng58的基因组信息，鉴定得到亲本间1269588个rawSNPs。对96个小孢子测序数据分析，获得599154个高质量的SNPs。
2）通过对全基因组范围染色体交换（crossover,CO）分析，发现基因重组呈非均匀分布形式存在，并由基因重组（recombination）引发的基因交流（genomisexchange）倾向于发生在基因的启动子区和5’/3’调控区，并且影响着子代的基因表达。
3）并通过并发系数（coefficientofcoincidence，CoC）计算分析，发现玉米存在较强的负CO干涉，此现象可能由基因重组非均匀发生引起。
4）本文也分析了染色单体干涉在玉米基因组是否存在，结果发现玉米存在较负责的染色单体干涉—即染色单体干涉不仅在一个染色体臂中发生，子在多个染色体臂中也存在。
单细胞分析方法
参考文献
XiangLi,reCommunications,2015,DOI:10.1038/ncomms7648.
