西北農(nóng)林科技大學林學院紅棗團隊在酸棗和棗基因組研究方面取得新進展

　　近日，西北農(nóng)林科技大學林學院紅棗團隊黃建研究員課題組在國際知名期刊《Horticulture Research》發(fā)表了題為“Haplotype-resolved T2T reference genomes for wild and domesticated accessions shed new insights into the domestication of jujube”的研究論文。林學院博士研究生李坤為第一作者，林學院黃建研究員和新疆農(nóng)業(yè)科學院園藝作物研究所郝慶研究員為論文共同通訊作者。

 

　　該研究以我國制干棗主栽品種‘駿棗’和著名“秦藥”代表清澗酸棗為研究材料，整合了PacBio HiFi、ONT ultra-long和Hi-C等多種先進測序技術以及多種組裝策略完成了棗和酸棗T2T gap-free和T2T gap-free單倍型基因組的組裝。‘駿棗’和酸棗T2T基因組大小分別為385.80 Mb（JZ）和375.15Mb（SZ），N50序列大小為31.07Mb（JZ）和30.84Mb（SZ）。進一步基于HiFi reads進行分型組裝，獲得了‘駿棗’和酸棗的單倍型基因組。‘駿棗’兩個單倍型基因組大小分別為383.00 Mb（JZHapA）和384.80 Mb（JZHapB）；清澗酸棗兩個單倍型基因組大小分別為385.83 Mb（SZHapA）和373.42Mb（SZHapB）。利用BUSCO對單倍型基因組的評估表明，JZHapA和JZHapB完整性分別達到了99%和98.9%，SZHapA和SZHapB完整性為99%和98.9%。同時在JZHapA和JZHapB中分別預測了29491和29639個編碼基因，在SZHapA和SZHapB基因組中分別預測到28245和27810個編碼基因。

 

　　該研究通過比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，‘駿棗’和酸棗的單倍型基因組之間有5305-7592個結(jié)構變異（SVs），有1676-3626個基因受到了SVs的影響，富集分析表明這些基因主要參與到苯丙烷類生物合成、類黃酮生物合成、淀粉和蔗糖代謝、甘油磷脂代謝和等代謝過程，反應了酸棗和棗重要性狀差異的分子基礎。‘駿棗’和酸棗中還分別鑒定到22574和23042個等位基因，分別有4931和2720個等位基因在果實不同發(fā)育期差異表達，涉及到多個重要生物過程。通過基因組的選擇分析發(fā)現(xiàn)，在酸棗到棗的馴化過程中，基因組中與糖和酸棗代謝等品質(zhì)形成相關的基因受到選擇外，還發(fā)現(xiàn)了一些與植株發(fā)育和大小相關的基因也受到了廣泛選擇，比如糖轉(zhuǎn)運蛋白（sugar transporter）、光合系統(tǒng)、和E3泛素連接酶BIG BROTHER基因，也闡明了棗由果實小而酸的灌木果樹到果實大而甜的大喬木的馴化機制。

 

　　該研究對672份酸棗和棗大規(guī)模種質(zhì)重測序分析表明，酸棗群體親緣關系緊密，栽培棗呈分散聚類，過渡型酸棗處于在棗和酸棗之間；群體遺傳結(jié)構分析表明，棗群體遺傳背景相對豐富，酸棗群體遺傳背景相對簡單；揭示了栽培棗起源于一個共同的酸棗祖先群體，之后在黃河下游附近的山東省和黃河中游的晉陜峽谷地區(qū)的兩個中心進行馴化。

 

　　綜上所述，該研究首次獲得了棗和酸棗單倍型T2T基因組，進一步闡明了棗的起源及馴化路徑，闡明了棗進化過程中基因組結(jié)構變異及基因表達水平改變，為棗樹分子育種和改良提供了分子基礎，尤其為解析棗和酸棗重要藥用代謝物的解析提供了重要的基因資源。

 

　　此研究得到了國家自然科學基金（31870584、31860223）及新疆紅棗產(chǎn)業(yè)技術體系（XJCYTX-01）等項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhae071