Ngô
Bộ gen và di truyền học

Ngô là một loại cỏ hàng năm thuộc họ Gramineae, bao gồm các loại cây như lúa mì, lúa mạch đen, lúa mạch, lúa gạo, lúa miến và mía. Có hai loài chính thuộc chi Zea (trong tổng số sáu loài): Z. mays (maize) và Z. diploperennis, là một loại teosinte lâu năm. Giống teosinte hàng năm có tên là Z. m. mexicana là họ hàng gần nhất về mặt thực vật với maize. Nó vẫn mọc hoang ở Mexico và Guatemala.
Nhiều dạng ngô được sử dụng làm thực phẩm, đôi khi được phân loại thành các phân loài khác nhau dựa trên lượng tinh bột mà mỗi loại có:
Flour corn: Z. m. var. amylacea
Popcorn: Z. m. var. everta
Dent corn : Z. m. var. indentata
Flint corn: Z. m. var. indurata
Sweet corn: Z. m. var. saccharata và Z. m. var. rugosa
Waxy corn: Z. m. var. ceratina
Amylomaize: Z. mays
Pod corn: Z. m. var. tunicata Larrañaga ex A. St. Hil.
Striped maize: Z. m. var. japonica
Hệ thống phân loại này đã được thay thế (mặc dù không hoàn toàn) trong 60 năm qua bởi các phân loại đa biến dựa trên ngày càng nhiều dữ liệu. Dữ liệu nông học đã được bổ sung bởi các đặc điểm thực vật để phân loại ban đầu mạnh mẽ, sau đó là bằng chứng di truyền, tế bào học, protein và DNA. Hiện nay, các danh mục là các dạng (ít được sử dụng), giống, phức hợp giống và gần đây là các nhánh.
Ngô là một loài lưỡng bội với 20 nhiễm sắc thể (n = 10). Tổng chiều dài của các nhiễm sắc thể là 1500 cM. Một số nhiễm sắc thể ngô có những thứ được gọi là "nút nhiễm sắc thể": các miền heterochromatic lặp đi lặp lại cao nhuộm màu tối. Từng nút riêng lẻ là đa hình giữa các giống ngô và teosinte. Một nghiên cứu năm 2012 cho thấy 83% biến thể alen trong bộ gen có nguồn gốc từ tổ tiên teosinte của nó, chủ yếu là do khả năng tự do giao phối của Zeas.
Barbara McClintock đã sử dụng các dấu hiệu nút này để xác nhận lý thuyết transposon của cô về "gen nhảy", nhờ đó cô đã giành được Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 1983. Ngô vẫn là một sinh vật mô hình quan trọng cho di truyền học và sinh học phát triển cho đến ngày nay.
Centromere có hai loại thành phần cấu trúc, cả hai đều chỉ được tìm thấy ở centromere: Các mảng lớn CentC, một DNA vệ tinh ngắn, và một số ít retrotransposon. B nhiễm sắc thể, không giống như những nhiễm sắc thể khác, chứa một đoạn lặp bổ sung mở rộng sang các vùng lân cận của nhiễm sắc thể. Centromere có thể vô tình co lại trong quá trình phân chia và vẫn hoạt động, mặc dù người ta cho rằng điều này sẽ thất bại nếu nó co lại dưới vài trăm kilobase. Kinetochores chứa RNA có nguồn gốc từ centromere. Các vùng centromere có thể trở nên không hoạt động và có thể tiếp tục ở trạng thái đó nếu nhiễm sắc thể vẫn có một vùng hoạt động khác.
Trung tâm Nghiên cứu Nguồn gen Hợp tác Giống ngô (Maize Genetics Cooperation Stock Center), được tài trợ bởi Cơ quan Nghiên cứu Nông nghiệp USDA và đặt tại Khoa Khoa học Trồng trọt thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign, là một trung tâm nghiên cứu các đột biến ngô. Bộ sưu tập tổng cộng có gần 80.000 mẫu. Phần lớn bộ sưu tập bao gồm một vài trăm gen được đặt tên, cộng với các kết hợp gen bổ sung và các biến thể di truyền khác. Có khoảng 1000 đột biến nhiễm sắc thể (ví dụ: chuyển vị và đảo ngược) và các chủng có số lượng nhiễm sắc thể bất thường (ví dụ: thể tứ bội). Dữ liệu di truyền mô tả các chủng đột biến ngô cũng như vô số dữ liệu khác về di truyền ngô có thể được truy cập tại Cơ sở dữ liệu Di truyền học và Bản đồ gen ngô (Maize Genetics and Genomics Database).
Năm 2005, Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF), Bộ Nông nghiệp (USDA) và Bộ Năng lượng (DOE) đã thành lập một liên minh để giải trình tự bộ gen ngô B73. Dữ liệu trình tự DNA thu được đã được gửi ngay lập tức vào GenBank, một kho lưu trữ công khai cho dữ liệu trình tự bộ gen. Các trình tự và chú thích bộ gen cũng đã được công bố trên trang web chính thức của dự án trong suốt thời gian thực hiện dự án.
Trình tự bộ gen ngô ban đầu được hoàn thành vào năm 2008. Năm 2009, liên minh đã công bố kết quả của nỗ lực giải trình tự của mình. Bộ gen, 85% trong số đó được tạo thành từ các transposon, được phát hiện chứa 32.540 gen (để so sánh, bộ gen người chứa khoảng 2,9 tỷ base và 26.000 gen). Phần lớn bộ gen ngô đã được nhân đôi và sắp xếp lại bởi helitrons - một nhóm transposon vòng tròn lăn.
Ở Z. mays và nhiều loài thực vật có hoa khác, motif MADS-box tham gia vào quá trình phát triển hoa. Nghiên cứu ban đầu ở một số loài thực vật có hoa làm mô hình, bao gồm Z. mays là khởi đầu cho nghiên cứu về quá trình tiến hóa phân tử của cấu trúc hoa nói chung, cũng như vai trò của chúng ở thực vật không có hoa.
Các giống ngô khác nhau về khả năng kháng côn trùng, bao gồm cả sâu đục thân. CIMMYT duy trì một bộ sưu tập lớn các giống ngô đã được thử nghiệm và phân loại về khả năng kháng côn trùng.
Kompetitive Allele Specific PCR là một phương pháp hữu ích để xác định kiểu gen đa hình một nucleotide (SNP) trong lai tạo phân tử cho cây trồng này.