【Nature Genetics】甘蔗細莖野生種種質(zhì)資源演化及功能基因挖掘

2022年6月2日，福建農(nóng)林大學海峽聯(lián)合研究院基因組中心張積森教授團隊研究成果”Genomic insights into the recent chromosome reduction of autopolyploid sugarcane?Saccharum spontaneum“在線刊登Nature Genetics！該研究基于高準確性的HiFi測序模式與Hi-C技術(shù)完成了割手密天然同源四倍體Np-X基因組的破譯，并結(jié)合自然種質(zhì)材料解析了割手密起源、染色體基數(shù)變化與演化、關(guān)鍵性狀相關(guān)基因進化等重要機制，為加速甘蔗改良提供了新的方向。百邁客有幸參與本項研究，完成其中HiFi、Hi-C測序等工作。同時，這也是百邁客繼2018年助力該團隊解析甘蔗基因組（Zhang J?et al.,Nat Genet. 2018）后的再次合作。百邁客十年如一的高品質(zhì)服務，為廣大科研工作保駕護航。

論文亮點

甘蔗屬是具有重要經(jīng)濟價值的作物，但其遺傳背景極其復雜，限制了甘蔗的進一步育種改良。具有廣泛分布的甘蔗細莖野生種割手密（S. spontaneum）為現(xiàn)代栽培種甘蔗貢獻了抗逆、分蘗等優(yōu)良性狀，實現(xiàn)了甘蔗的育種史上大的突破。割手密倍性和染色體基數(shù)的廣泛變異是甘蔗育種重要的種質(zhì)資源，為研究植物同源多倍體基因組的進化提供了一個良好的模型。如何將天然同源四倍體的四套同源基因組完整組裝？不同倍性與染色體基數(shù)如何演化？這都是甘蔗基因組研究有趣和重要的地方也是難以攻破之處。本次研究在構(gòu)建高質(zhì)量基因組的基礎上進一步解析了甘蔗復雜的演化之路：（1）本次研究完成了割手密 Np-X（2n=4x=40）高質(zhì)量同源多倍體基因組測序，完整的組裝了10組同源染色體的共40條染色體基因組。（2）Saccharum中的一對古復制染色體NpChr5和NpChr8經(jīng)歷了分裂，隨后融合并伴隨著著絲粒分裂。重組時帶有著絲粒結(jié)構(gòu)的染色體片段融合入另外一條完整的染色體，導致x = 8中出現(xiàn)“雙著絲粒”現(xiàn)象。（3）甘蔗分別在6.4 Mya和4.0 Mya時與高粱和芒草發(fā)生分化。在甘蔗中，割手密與S. officinarum在~1.6 Mya發(fā)生分化，兩個割手密材料Np-X（x=10）和AP85-441（x=8）在~0.8 Mya分化，表明AP85-441中的染色體減少是最近發(fā)生的。比較基因組結(jié)合轉(zhuǎn)錄組共同解析兩個甘蔗種“近期”獨立分化的且與糖分代謝、生物量、光合等相關(guān)的基因，為甘蔗的分子輔助育種提供重要的理論指導。（4）研究推斷Np-X（x=10）有可能代表祖先的核型，核型x=9和x=8可能是以逐步方式進化而來。割手密起源于印度北部的一個x=10的祖先，然后傳播到印度次大陸、中國和東南亞的四個主要群體。在染色體減少過程中，基因組中受自然選擇區(qū)可能參與多糖代謝和脅迫耐受過程。