項目文章 | 基因組學助推菊芋起源演化研究獲新進展

合作單位：中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所

文章標題：Haplotype-resolved chromosome-level genomeof hexaploid Jerusalem artichoke providesinsights into its origin, evolution, and inulinmetabolism

期刊名稱：Plant Communications

影響因子：10.5

研究對象：菊芋

測序技術：基因組測序、Hi-C測序

百邁客生物為該研究提供了基因組測序服務。

近日，中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所在植物科學期刊Plant Communications（中科院一區(qū)，IF=10.5）上在線發(fā)表題為“Haplotype-resolved chromosome-level genome of hexaploid Jerusalem artichoke provides insights into its origin, evolution, and inulin metabolism”的研究論文，構(gòu)建了六倍體菊芋染色體級別參考基因組， 解析了菊芋基因組起源和演化過程，鑒定了所有菊粉代謝基因拷貝。

菊芋俗稱洋姜、鬼子姜，是原產(chǎn)北美、經(jīng)歐洲傳入我國的“舶來品”。菊芋塊莖曾作為冬季腌菜在北方百姓餐桌上流行，如今主要用于生產(chǎn)膳食纖維和益生元等保健品或食品添加劑，也可作生物能源植物、青貯飼料。菊芋抗旱、抗寒、耐鹽堿、再生能力極強。菊芋基因組推測為同源異源六倍體（2n=6x=102），其基因組龐大且復雜，其種間雜交起源演化假說缺乏細節(jié)證據(jù)、爭議頗多。

本研究利用PacBio HiFi測序、Hi-C染色質(zhì)構(gòu)象捕獲測序技術，利用自主開發(fā)組裝算法EndHiC和其他復雜基因組組裝中積累的經(jīng)驗和能力，參考同屬二倍體向日葵基因組、經(jīng)過多輪人工校正組裝，最終完成了六倍體菊芋的高質(zhì)量染色體級別組裝。參考基因組（去雜合，3x=51）大小為10.5 Gb，含有199,842個蛋白編碼基因，基因組大小和基因數(shù)目均為向日葵的3倍。

今天的菊芋基因組經(jīng)歷了約4500萬年前菊科祖先發(fā)生的全基因組三倍化，約2900萬年前向日葵超族祖先發(fā)生的全基因組加倍，以及約2百萬年前菊芋與向日葵分化后發(fā)生的全基因組三倍化事件。同源染色體單拷貝直系同源基因的進化分析表明，最近的三倍化是菊芋二倍體與四倍體祖先發(fā)生的種間雜交和染色體加倍事件，故菊芋基因組包含了A1, A2、B三個亞基因組。除基因組多倍化事件外，向日葵屬內(nèi)大規(guī)模染色體重排、轉(zhuǎn)座子活動、基因突變和人工馴化選擇等過程共同塑造了現(xiàn)在的六倍體菊芋基因組。

作為菊粉工業(yè)化生產(chǎn)作物，菊芋的菊粉代謝基因（合成酶基因1-SST與1-FFT、分解酶基因1-FEHI與1-FEHII）早已被克隆驗證，但每個基因僅克隆了1個拷貝。本研究基于菊芋全基因組序列，系統(tǒng)鑒定了包括已克隆拷貝在內(nèi)的所有菊粉代謝基因，其中6個1-SST、6個1-FFT、3個1-FEHI和9個1-FEHII參與菊粉代謝，余下的拷貝已變?yōu)榧倩蚧騺G失功能，菊芋多倍化事件產(chǎn)生的多個菊粉代謝基因仍處在持續(xù)進化或功能分化過程中。

文章來源于植物代謝研究