DNA测序技术的进步引发了一场基因组学革命，推动了植物遗传学和作物育种方面的突破。近年来，研究的重点从植物遗传多样性转移到探索其功能意义和为作物改良提供有益的等位基因。全基因组重测序的应用促进了这种转化。
从模式生物到分类学多样性
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随着DNA测序成本的持续降低，全基因组重测序项目迅速增长（图1A）。迄今为止，已报道了187种植物的基因组重测序（图1B）。最初，基因组重测序研究集中在具有小的二倍体基因组的模型植物和作物上，如番茄。然而，尽管对于更大和更复杂基因组的植物的重测序面临着更高的成本和更高的计算要求的这些局限性，在参考基因组序列完成后不久，就出现了对这类复杂基因组的植物的群体基因组研究，如2018年发表的六倍体小麦的参考基因组。随着测序成本的下降，以及更先进测序技术的发展，一些非主流作物的基因组和泛基因组也逐渐被构建，同时很多杂合子和多倍体物种的高质量参考基因组被陆续发表。
图1 重测序植物群体的时间进展和系统发育分布
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豆类和谷物的共同驯化
图2 群体重测序用种质采集点的地理分布和环境背景
驯化过程中的基因选择
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通过对野生和栽培群体的比较分析，可以检测驯化过程中的选择信号，并鉴定改良品种的基因。大约7.6%的玉米基因组在驯化过程中经历了选择，这些区域包括与开花、产量、氮代谢、种子萌发和赤霉素生物合成潜在相关的基因。豆科植物基因组的选择主要针对与豆荚开裂、种子大小、种子发育和萌发、胁迫反应和开花有关的基因。驯化过程中选择的基因是对作物进行进一步改良的目标，特别是因为它们与理想农艺性状的QTL一致重叠，其中一些已经在育种计划中经历了二次选择。然而，这些区域内的许多基因仍然缺乏功能特征，有待进一步研究。
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基因组学对环境适应的反应
基因组性状关联研究
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DNA重测序的进展使在作物中快速发现SNP成为可能，有助于与各种重要性状相关的基因或位点的鉴定，从而提高了研究者对这些作物的了解，加速了它们的育种（图3）。通过全基因组关联研究（GWASs），已经确定了与特定性状相关的区域。除了与气候适应相关的位点外，一些基因组区域已被报道与田间性状相关，如NUE、产量成分和代谢物含量。
图3 在植物育种中的种群基因组学方法的示意图表示
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基因组辅助育种
通过基因组重测序研究来鉴定基因组变异，为育种和作物改良提供了宝贵的资源。这些DNA序列变异可用于引入特定的等位基因，预测杂交性能，并设计更有效的育种策略。重测序数据有助于预测混合性能，例如，一个预测珍珠谷子产量的模型确定了170种有前途的杂交组合，其中11种显示出改进的性能，159种组合显示出未来改进的潜力。基因组的表观遗传变异可能导致大量的表型变化，长读长技术的应用可以识别表观遗传修饰的等位基因。这些新兴技术为植物种群研究带来了希望，尽管它们的大规模应用目前受到许多研究小组负担能力的限制。
总结
Plant genome resequencing and population genomics: Current status and future prospects. Molecular Plant, 2023.
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