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發(fā)布于 2021年11月26日

《園藝研究》（Horticulture Research）是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)與自然出版集團（現(xiàn)Springer Nature）合作創(chuàng)辦的英文期刊，最新影響因子6.793，位于園藝一區(qū)（第1/37名）。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2021年11月，百邁客與國內(nèi)10余所科研單位于Hortic Res上合作發(fā)表denovo系列文章近20篇，其中7篇具有共同作者。

物種研究中亙古不變的是挖掘其中特殊的物質(zhì)生成與對應(yīng)的代謝通路以及分子標記對表現(xiàn)型的遺傳效應(yīng)。例如具有特殊氣味的香菜、榴蓮、芹菜、桂花；例如耐旱的卷柏、無芒隱子草；耐堿的芨芨草等相關(guān)研究皆如是。接下來，小編將通過系列合作發(fā)表于Hortic Res上的文章，來談?wù)勚参锵嚓P(guān)研究路線

Part1

物種演化過程中，往往伴隨著基因家族的擴張與收縮，基因家族（gene family）是來源于同一個祖先，由一個基因通過基因重復(fù)而產(chǎn)生兩個或更多的拷貝而構(gòu)成的一組基因，它們在結(jié)構(gòu)和功能上具有明顯的相似性，編碼相似的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。而特定基因家族的擴張可能在促進植物表型多樣化和新性狀進化中發(fā)揮重要作用。通過與具有相似/相反生物學(xué)功能的近緣物種比較，獲得相關(guān)基因家族，并將選擇其中某種擴張基因家族聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組差異表達以及代謝組，可以深度挖掘目的物種重要性狀形成機制與重要代謝通路。該研究方法是中藥、花卉、蔬果等植物研究中的重要環(huán)節(jié)。

案例一：

物種：花椒（Zanthoxylum bungeanum）

合作單位：西北農(nóng)林科技大學(xué)

發(fā)表時間：2021年9月

主要內(nèi)容：本研究基于PacBio測序平臺，組裝了4.23 Gb花椒（鳳椒）基因組，并基于Hi-C技術(shù)將98%序列掛載至68條染色體上。比較基因組分析研究了揭示花椒在2,600萬年前經(jīng)歷了一次獨立的全基因組復(fù)制事件(η-WGD)，以及在640萬年前發(fā)生了轉(zhuǎn)座子爆發(fā)事件，這系列事件造成了花椒大量基因組擴增。作者進一步結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析表明，顯著的物種特異性基因家族擴張和基因表達的變化影響了花椒麻味物質(zhì)、單萜類物質(zhì)和花青素的生物合成，并繪制了花椒麻味物質(zhì)合成的代謝通路圖。該參考基因組為研究近期轉(zhuǎn)座子擴增和全基因組復(fù)制事件對基因得失和基因組重建的影響提供了有價值的模型，并為加速花椒遺傳改良提供了理論基礎(chǔ)。

花椒形態(tài)特征與基因組特征

案例二：

物種：甜葉菊

合作單位：江蘇省中國科學(xué)院植物研究所

發(fā)表時間：2021年5月

主要內(nèi)容：本研究基于Illumina、PacBio和Hi-C測序，首次組裝了1.416 Gb的甜葉菊染色體版基因組，通過與其他菊科植物基因組相比，顯示出本次構(gòu)建的甜葉菊基因組具有高準確性與可信度?；蚪M進化分析表明在全基因組復(fù)制（WGD-2，~32.1 Mya）事件之后不久，甜葉菊和向日葵發(fā)生分化（~2940萬年前）。比較基因組分析顯示甜葉菊中的擴增基因主要富集于特殊代謝物的生物合成，特別是萜類生物合成，以及這些化合物的進一步氧化和糖基化。并通過RNA-seq分析這些基因在不同組織部位中的表達模式，推測出合成甜菊糖苷的異戊二烯五碳單元主要來自于MEP途徑。
對甜葉菊基因組的發(fā)現(xiàn)將有助于剖析甜葉菊的進化歷史，并有助于在未來育種計劃中發(fā)現(xiàn)甜菊糖苷生物合成和其他重要農(nóng)藝性狀的新基因。

甜葉菊基因家族分析

案例三：

物種：佛手瓜

合作單位：北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心

發(fā)表時間：2021年2月

主要內(nèi)容：本研究通過Nanopore技術(shù)首次完成高質(zhì)量的佛手瓜基因組，基因組組裝大小為606.42Mb，ContigN50=8.4 Mb。并基于Hi-C技術(shù)將基因組序列掛載至14條染色體上（掛載率97.04%）。通過與其他13個物種基因家族比較，發(fā)現(xiàn)佛手瓜在25±4百萬年間發(fā)生了一次全基因組復(fù)制事件，是葫蘆科內(nèi)的第三次全基因組復(fù)制事件。通過不同生長時期的轉(zhuǎn)錄組與代謝組分析，進一步揭示了在佛手瓜果實發(fā)育過程中與果實質(zhì)地、色素、風(fēng)味、類黃酮、抗氧化劑和植物激素有關(guān)的基因。并據(jù)此構(gòu)建了佛手瓜果實生長發(fā)育調(diào)控模型，并為佛手瓜果實和塊莖發(fā)育以及遺傳改良的未來研究奠定了基礎(chǔ)。

佛手瓜果實發(fā)育過程中轉(zhuǎn)錄物變化示意圖

Part2

除差異表達研究之外，利用基因組水平遺傳變異研究，可以更加準確和全面地解析動植物群體的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系及其結(jié)構(gòu)、群體進化歷史、遺傳漸滲、馴化起源與人工選擇位點情況。而充分利用群體進化過程中數(shù)千世代積累的重組事件，可以進一步分析分子標記對表現(xiàn)型的遺傳效應(yīng)。

案例一：

物 ???種：枇杷

研究單位：凱里學(xué)院

發(fā)表時間：2021年11月

主要內(nèi)容：通過PacBio測序平臺完成733.32 Mb“大五星”枇杷基因組的構(gòu)建，并對52個枇杷品種（包括16個白肉變種和36個黃肉變種）進行重測序分析，同時，使用UPLC-ESI-MS/M系統(tǒng)測定了的花、葉和根代謝組。通過GWAS分析鑒定了一些與枇杷的果肉顏色關(guān)聯(lián)的SNPs。

枇杷GWAS分析曼哈頓圖

?案例二：

物 ???種：連翹

研究單位：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)

發(fā)表時間：2020年08月

主要內(nèi)容：該研究以藥用作物連翹為研究對象，通過Nanopore平臺測序數(shù)據(jù)組裝了737.47 Mb的高質(zhì)量連翹基因組。并對15個連翹自然種群進行全基因組比較分析，找到了與本地適應(yīng)相關(guān)的太陽輻射、溫度和降雨等變量相關(guān)候選基因。該研究為連翹從野生種群篩選優(yōu)良種質(zhì)資源提供了遺傳資源和理論參考。