名称:帕特里克Schnable
标题:爱荷华州立大学植物基因组学中心主任
背景:2005年至今，爱荷华州立大学植物科学研究所副所长;1999-至今，ISU植物基因组学中心创始主任;1999-2003, ISU植物转化与基因表达中心创始主任;1998年至今，爱荷华州立大学教授;1988-1998, ISU副教授;1986-1988，马克斯普朗克研究所博士后;1981-1986, ISU研究生研究助理
教育:1986 -爱荷华州立大学植物育种和细胞遗传学博士;1981年，康奈尔大学农学学士
Patrick Schnable是第一作者2009年11月科学纸这篇论文首次描述了B73玉米品种的完整基因组序列草案，作者称其为“迄今为止已知的最复杂的基因组”。
这篇论文的关键发现之一是，来自不同玉米系的基因组可能非常多样化——在某些情况下，差异甚至比人类基因组与黑猩猩基因组的差异还要大。
在对B73进行了长达十年的测序之后，像Schnable这样的玉米研究人员正转向阵列比较基因组杂交和下一代测序，以解开不同玉米品种之间的差异，这些信息可以帮助植物育种家选择更好的质量作物。
Schnable本月在圣地亚哥举行的动植物基因组会议上讨论了这些努力。
具体来说，Schnable和他的同事一直在使用罗氏NimbleGen CGH阵列和罗氏454测序来研究不同玉米品系之间的基因组变异。BioArray新闻上周，他与Schnable谈到了这些努力，以及玉米B73测序所带来的挑战。以下是经过编辑的采访实录。
你认为植物育种的单位收益成本正在上升。这是一个长期趋势，还是由于新技术的可用性而在这十年中发生的事情?
我想说，它始于20世纪80年代中期之后的某个时候。在此之前，育种主要使用传统方法。从那时起，所有生物技术投资都意味着新的成本。在20世纪80年代中期之前，分子生物学和基因组学并没有对任何遗传收益负责，所以很明显，我们现在花了更多的钱因为传统方法的成本并没有降低，我们在此基础上又增加了基因组学的成本。
自研究生学习以来，您长期从事玉米研究工作。这是你所受教育的环境还是你对它感兴趣?
我的整个职业生涯都在研究玉米。我记得在高中的时候，我订购了一些有不同颜色玉米粒的玉米，把不同颜色的玉米粒种在花园的不同地方，看看我是否能试着弄清楚这些颜色的遗传。当然，因为我没有控制授粉，作为一个实验，这是一场灾难。但它确实激发了我对玉米表型多样性的兴趣，所以当我去读研究生时，这是我关注的天然作物。
11月，几篇关于B73基因测序的论文发表。你能描述一下其中的意义吗?作为一名学者，这对你意味着什么?对行业又意味着什么?
玉米基因组一直是公共和私营部门研究界的长期目标。国家玉米种植者与密苏里州参议员基特·邦德合作，于1998年在[国家科学基金会]建立了植物基因组计划。当时的长期目标是对玉米基因组进行测序，但玉米研究界很清楚，1998年的技术无法完成这项任务。vwin德赢ac米兰合作因此，国家科学基金会开始资助一些较小、不太复杂的基因组测序技术的开发，为最终的玉米测序奠定基础。
因此，玉米基因组测序一直是一个长期的挑战，完成它是非常令人满意的。我们在玉米遗传学社区的所有人都知道，对基因组进行测序将使大量额外的生物学成为可能，但令我惊讶的是，这个基因组的用处比我想象的要大得多。
正如我们预期的那样，仅仅是基因组序列就可以进行大量的实验和分析。但基因组序列也在改变我们对实验的思考方式和分析数据的方式。这有点像，当你想要一把锤子时，你会想到一些松动的钉子需要被敲碎，但当你真的手里有一把锤子时，你会开始想到各种各样你可以从事的其他项目。
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你在PAG演讲中提出的一个观点是玉米是一个多样化的物种，人们有兴趣解释这种多样性。在这个方向上做了什么?
多年来，人们做了很多工作，试图确定表型的遗传决定因素，例如，制造突变体，克隆基因，以及传统的QTL定位研究。在演讲中，我提到了由Ed Buckler和他的同事(康奈尔大学)开发的NAM(嵌套关联映射)。在试图确定哪些基因控制表型变异的过程中，NAM人群是下一步。NAM群体是通过鉴定25个不同的自交系来发展的，这些自交系在广泛的玉米遗传变异范围内尽可能彼此不同。这些亲本中的每一个都与基因组测序的B73自交系杂交，然后从这25个亲本中分别提取200个重组自交系(RILs)。这产生了5000个重组自交系，这些系正在被许多组进行基因分型和表型分析，从而实现了非常高水平的映射分辨率。因此，这个种群将成为分配基因功能的重要资源。
这一切都在进行中。我们开始鉴定拷贝数变异和存在缺失变异，或者PAVs，之前没有，然后把它们投射到NAM重组自交系上。我们可以问，对于我们看到的表型变异，它是由cnv还是pav控制的?
你将如何决定?你会使用什vwin德赢ac米兰合作么技术?
我们正在利用新一代测序和比较基因组杂交的结合来发现CNVs和pav。在将它们投射到NAM ril后，我们将通过关联映射为单个cnv和pav分配功能。
你提到你一直在使用罗氏NimbleGen阵列来比较B73和一种称为密苏里17或Mo17的玉米。这和这项工作有关吗?
对于NAM实验，我已经提到了26个自交系。这是B73，与25条不同的线交叉。不久前，Mike Lee[来自ISU]和他的同事们从B73和Mo17的杂交中开发了大量的ril。这些被称为IBM或intermate B73/Mo17 RILs。因为IBM RILs的产生时间比NAM人口的其他部分早了很长时间，所以有时间对它们进行比NAM RILs更多的分析。
这就是为什么我们开始了B73和Mo17的比较基因组杂交实验。我们想问，“这些行之间的拷贝数有变化吗?”结果发现，有很多拷贝数的变化，比哺乳动物系统多得多。
另一个令人惊讶的是存在和缺席的变异率很高。这个术语是指存在于B73中但在Mo17基因组中不存在的基因，反之亦然。接下来，我们想知道这种高水平的结构变异是否是B73和Mo17比较的特征。因此，我们开始研究其他的自交系，为此我们选择了不结盟运动群体的父母。我们还没有对它们全部进行分析，但到目前为止，我们发现高水平的CNV和PAV是常见的。在两个亲缘关系不密切的自交系之间，有许多拷贝数变异和许多缺失的基因，这似乎是普遍正确的。
你用什么技术来做这vwin德赢ac米兰合作些工作?
比较基因组杂交。在我们的案例中，我们使用的是罗氏NimbleGen微阵列。这就是与Roche NimbleGen合作的原因。我们使用在nimbllegen设计的阵列，事实上，许多早期的杂交实际上是在那里用我们的DNA完成的。
CGH是你熟悉的工具吗?这是玉米社区的其他人会使用的工具吗?
是的，我知道它已经在许多系统中使用了一段时间。据我所知，以前没有在玉米中使用过。这可能是因为如果基因组序列可用，CGH实验的信息量最大。一旦玉米基因组序列可用，即使是草稿形式，它使CGH实验更加令人兴奋。
你什么时候有了草稿序列什么时候开始设计CGH研究?
基因组测序采用BAC-by-BAC方法，我们在亚利桑那大学的同事将BACs组织成最小平铺路径，这些BACs在华盛顿大学、冷泉港实验室和亚利桑那大学进行测序。2008年2月，许多BACs的序列被公布。所以当我们开始设计NimbleGen阵列时，我们的团队可以访问这些信息。
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您是如何了解罗氏NimbleGen技术的?vwin德赢ac米兰合作你可以和其他供应商合作。
我以前的一个研究生，严复，提醒我注意Dick McCombie的实验室(在冷泉港)的一篇论文，关于从哺乳动物系统中使用罗氏NimbleGen技术进行序列捕获。vwin德赢ac米兰合作当时我们正在克隆一些eQTL和表型QTL，因此我们放大了基因组中需要更多遗传标记的区域。
当我看到这篇论文时，很明显我们需要获得序列捕获技术，所以我联系了NimbleGen。vwin德赢ac米兰合作我联系了Jeff Jeddeloh，他是他们的资深科学家之一，我们建立了一个合作项目，包括我的实验室，明尼苏达大学的Nathan施普林格和佛罗里达大学的Brad Barbazuk，在玉米中进行序列捕获工作。当时我们意识到，在复杂的植物基因组中进行这项工作将面临一些重大挑战，确实需要一段时间才能使它工作，但我们确实使它工作了，一篇概述该过程的论文正在修订中。
当我们为玉米建立序列捕获技术时，我们意识到，为了理解我们得到的结果，有一些CGH数据会很好，这就vwin德赢ac米兰合作是我们工作的动力，至少在最初的时候。
在你现在的研究中，你想要完成的最重要的事情是什么?
我已经提到了其中的很大一部分，那就是完成对所有NAM亲本的比较基因组杂交，以发现CNVs和pav，将它们投射到NAM ril上，然后进行关联映射，以确定特定的结构变异是否与特定的表型变异模式相关。
如果结果如我们预期的那样，它将为育种者提供一种新的工具。当他们观察自己的品系并试图确定哪些等位基因对农艺性状重要时，他们已经知道snp很重要，但结构变异也可能很重要。然而，现在大多数情况下它被忽视了，因为它没有在育种系中进行检测。如果你只是对一个基因组进行测序，你将无法识别CNVs或pav。我的意思是，如果你只测序了一条线，一个基因不在那里，你就不知道缺失了什么。CGH使我们无需重新测序整个基因组就能检测到缺失的基因。
你提到了饲养员。似乎他们正在关注正在发生的事情，他们热衷于将这些知识应用到他们的项目中，但这两件事之间有多远:研究和育种者实际实施?
我想说的是，目前主要的种子公司非常了解基因组学的基础科学。玉米是我最熟悉的品种;他们非常清楚这一点;他们的组织中有接受过基因组学和生物信息学培训的人员，所以他们紧跟公共部门的新活动，他们评估每一项活动，并询问它是否有助于他们开发下一个最伟大的混合技术。所以他们对CNV和pav非常感兴趣，我怀疑我们所发现的将开始被工业使用，可能在不久的将来。
科学家们面临的一个挑战必须是如何采用所有正在出现的新技术平台。vwin德赢ac米兰合作你是如何在这个满是你能做的事情的展厅中找到自己的方向的?
确定最合适的技术是具有挑战性的。我参加了很多会议，和很多人交谈。我也很感激我有优秀的学生和员工。我非常依赖他们，因为他们往往对新思想非常开放。
对于不专注于基因组学的小型实验室来说，确定正确的技术尤其具有挑战性。几年前，我去听了一个非常有趣的演讲，演讲者是一个研究蝴蝶如何扇动翅膀的人。他感兴趣的是在移动翅膀的器官中表达了哪些基因。这显然是为这些细胞转录组的下一代测序而设计的问题。作为一个团体，我们面临的挑战是确保这样的人，他们在特定的生物学问题上拥有真正的专业知识，可以使用适当的基因组技术来推进他们的科学，而不必成为基因组学家和生物信息学家。
我认为在一些校园里这种情况正在发生。有提供测序技术的中央用户设施。vwin德赢ac米兰合作这很好。领域专家可以把他们的样本带过来，给他们测序，他们会得到序列。但也需要有分析能力来支持这种中央用户设施。需要有一些生物信息学的工作人员，可以把数据以他们熟悉的格式提供给生物学家。一些学校正在努力这样做。
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你有没有受到其他项目的启发?有人说，牛的群落为其他以动物和植物为重点的研究群落树立了榜样。
玉米遗传学社区绝对是作物科学技术的开拓者。vwin德赢ac米兰合作这是一个庞大而充满活力的社区。通常，玉米群落做了一些事情，然后其他作物认识到这一点，并朝着类似的方向发展。还有交叉受精，种植玉米的人有时会在其他作物中工作，特别是其他草，把他们的专业知识，他们的世界观，带到那些其他物种中。考虑到草类之间密切的进化遗传关系，这可能是非常多产的。这些其他物种反过来可以为我们自己的玉米研究提供信息。
我从非植物群体中学到了很多。正如我提到的，Dick McCombie的论文启发了我们去处理序列捕获。我很高兴在佛罗里达州马可岛举行的[基因组生物学与技术进展]会议上接受了一份关于cnv和pav的摘要，我期待着下个月第一次参加该会议。vwin德赢ac米兰合作我希望能学到很多东西。
您现在正在使用CGH。有没有其他方法可以让你更深入地了解你正在学习的东西?
我们已经做了大量的454测序大约三四年了。我们一直在进行调整。与玉米测序论文一起发表的一篇论文报告了我的学生刘三真开发的一项新技术，该技术允许我们放大转座子旁边的DNA。vwin德赢ac米兰合作在玉米中有一些活跃的高拷贝转座子，我们想知道它们插入的位置。三真想出了这个非常聪明的方法来放大新插入的转座子旁边的DNA，尽管我们不知道相邻的序列。454技术在这方vwin德赢ac米兰合作面做得很好，因为我们得到了相当长的读数，这让我们能够非常有信心地将1万到2万个不同的转座子插入位点与基因组匹配，因此我们从中得到了一些很好的生物学见解。
我们也在用Illumina测序技术对转录组进行测序，也在用Illumina测序技术研究整个基因组的甲基化模式。我们正与我在爱荷华州立大学的同事Srinivas Aluru密切合作，他是一位并行计算专家，利用下一代测序技术开发用于组装复杂基因组的软件。
我们还与中国农业大学的赖金生(Jinsheng Lai)同事合作，他与北京基因组研究所(Beijing Genome Institute)合作，从各种玉米品系中获得了一些重要的重测序数据。这使得我们能够探索单倍型的多样性。与此相关，虽然我还没有，但我很高兴能与太平洋生物科学公司的数据一起工作。我希望这将在今年发生。
你说由于植物育种家的成功，产生了所谓的选择性清除，而失去遗传多样性可能是这些项目的负面后果。怎样才能避免这种情况呢?
首先我要说的是，我们不知道这个问题的严重程度。这种情况确实发生过，但我们需要做更多的CGH实验来确定这种情况有多普遍。
让我来解释一下什么是选择性扫描。想象一下，我们生活在一个简单的世界里，有两个等位基因:一个有利的等位基因和一个相对于茎秆强度不那么有利的等位基因。经过多代繁殖，育种者挑选出不会倒下的植物。通过不断选择硬茎植物，有利等位基因的频率在群体中上升。但是，与茎秆强度基因紧密相连的基因的等位基因频率也会发生变化。与茎秆强度基因的有利等位基因相结合的等位基因将经历等位基因频率的增加。这不是一件令人满意的事情。
我们看到的是选择性扫描。我们无意中改变了一大堆基因的等位基因多样性，并失去了这些基因的遗传多样性。这些基因可能有重要的功能，我们将在未来的育种项目中使用。所以我们缩小了选择范围。为了避免这个问题，利用我们所关心的基因内的分子标记是有意义的。然后，在选择茎强基因的有利等位基因时，[我们]也要确保在所选基因的两侧都有交叉，这样我们就打破了单倍型块，[而且]我们不会无意中改变其他基因的等位基因频率。