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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(tuán)（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(jì)，截至2021年11月，百邁客與國(guó)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(duì)應(yīng)的代謝通路以及分子標(biāo)記對(duì)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(kuò)張與收縮，基因家族（gene family）是來源于同一個(gè)祖先，由一個(gè)基因通過基因重復(fù)而產(chǎn)生兩個(gè)或更多的拷貝而構(gòu)成的一組基因，它們?cè)诮Y(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(kuò)張可能在促進(jìn)植物表型多樣化和新性狀進(jìn)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(kuò)張基因家族聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)以及代謝組，可以深度挖掘目的物種重要性狀形成機(jī)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(shí)間：2021年9月

主要內(nèi)容：本研究基于PacBio測(cè)序平臺(tái)，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(dú)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(kuò)增。作者進(jìn)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(kuò)張和基因表達(dá)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(kuò)增和全基因組復(fù)制事件對(duì)基因得失和基因組重建的影響提供了有價(jià)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(guó)科學(xué)院植物研究所

發(fā)表時(shí)間：2021年5月

主要內(nèi)容：本研究基于Illumina、PacBio和Hi-C測(cè)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(zhǔn)確性與可信度?；蚪M進(jìn)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(kuò)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(jìn)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(dá)模式，推測(cè)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(duì)甜葉菊基因組的發(fā)現(xiàn)將有助于剖析甜葉菊的進(jìn)化歷史，并有助于在未來育種計(jì)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(shí)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(gè)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(zhǎng)時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組與代謝組分析，進(jìn)一步揭示了在佛手瓜果實(shí)發(fā)育過程中與果實(shí)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(shí)生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控模型，并為佛手瓜果實(shí)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(shí)發(fā)育過程中轉(zhuǎn)錄物變化示意圖

Part2

除差異表達(dá)研究之外，利用基因組水平遺傳變異研究，可以更加準(zhǔn)確和全面地解析動(dòng)植物群體的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系及其結(jié)構(gòu)、群體進(jìn)化歷史、遺傳漸滲、馴化起源與人工選擇位點(diǎn)情況。而充分利用群體進(jìn)化過程中數(shù)千世代積累的重組事件，可以進(jìn)一步分析分子標(biāo)記對(duì)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(shí)間：2021年11月

主要內(nèi)容：通過PacBio測(cè)序平臺(tái)完成733.32 Mb“大五星”枇杷基因組的構(gòu)建，并對(duì)52個(gè)枇杷品種（包括16個(gè)白肉變種和36個(gè)黃肉變種）進(jìn)行重測(cè)序分析，同時(shí)，使用UPLC-ESI-MS/M系統(tǒng)測(cè)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(shí)間：2020年08月

主要內(nèi)容：該研究以藥用作物連翹為研究對(duì)象，通過Nanopore平臺(tái)測(cè)序數(shù)據(jù)組裝了737.47 Mb的高質(zhì)量連翹基因組。并對(duì)15個(gè)連翹自然種群進(jìn)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。