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项目文章(IF=13.263)丨高质量的六倍体洋桔梗基因组 助力解析其花色和花型的形成机制

发布时间:2022-7-27 14:42:50阅读次数: 分享到:

2022年7月25日,植物学领域Top期刊Plant Biotechnology Journal(IF=13.263)以“The genome of Eustoma grandiflorum reveals the whole-genome triplication event contributing to ornamental traits in cultivated lis ianthus”为题,刊发了浙江大学张亮生课题组与云南省农业科学院王继华院长团队的最新研究成果-栽培种六倍体洋桔梗基因组。通过PacBio HiFi和Hi-C测序,研究者首次解析了洋桔梗基因组,揭示了基因组三倍化事件在洋桔梗花色与花型形成过程中的重要性,并构建了花色调控模型与花发育模型,从而为洋桔梗的分子育种提供了重要的理论基础。菲沙基因承担了本研究中的PacBio HiFi和Hi-C测序。


图1  文章发表信息


洋桔梗(Eustoma grandiflorum)隶属于龙胆科,又名草原龙胆,具有极高的观赏价值和经济价值,被誉为“无刺玫瑰”。洋桔梗花型多样,花色丰富,有500多个品种,具有极高的品种多样性,因此洋桔梗也是研究花色合成和花卉形态发育的良好材料。基于此,构建高质量的洋桔梗基因组,不仅可以解析其花器官的形态多样性,还可以为洋桔梗的分子育种提供理论基础。


图2  洋桔梗花器官的形态多样性


基于HiFi和Hi-C测序,研究者构建的六倍体(2n=6x=72)洋桔梗基因组大小为1.71Gb,contig N50=7.33Mb,并将contig 版本的基因组挂载到了36条染色体上。通过注释,共预测得到54305个蛋白编码基因,重复序列占比为77.85%。


通过共线性及Ks分析,研究者发现洋桔梗在与牛角瓜分化后,发生了一次WGD事件和一次WGT事件。WGT事件导致了洋桔梗大量基因的扩张,如参与黄酮/花青素合成以及器官/花发育的基因,这可能影响了洋桔梗花色和花型多样性的形成。


图3  洋桔梗和钩吻的共线性分析


为系统揭示洋桔梗花色多样性的分子机制,研究者选取了香槟色系、粉红色系、蓝紫色系、茶色系和绿色系的洋桔梗各3个阶段的材料进行了转录组分析,得到的初步结论如下:

  1. 鉴定了参与黄酮生物合成的基因,构建了花青素的生物合成途径。CHSaANSa/b、 F3'5'Ha/bMYB32a/bMYB8b共同决定蓝色/紫色洋桔梗的形成;CHSaANSa/b共同决定粉色/红色洋桔梗的形成;CHSa决定黄色洋桔梗的形成。

  2. 编码叶绿素a/b结合蛋白(CAB)的基因,与CHLMaCRDaPORA/b/Ca共表达,在洋桔梗绿色花瓣的形成中发挥重要作用。

  3. 根据MADS-box基因构建了洋桔梗的花发育模型,鉴定到AGL1a是调控洋桔梗重瓣性状形成的关键候选基因。


图4  洋桔梗花色和花型多样性研究


综上,通过HiFi和Hi-C测序,研究者构建了高质量的洋桔梗基因组,解析了WGT事件对洋桔梗花器官多样性的影响;通过转录组分析详细解析了不同颜色花型洋桔梗形成的相关基因和调控因子;构建了洋桔梗花器官的发育模型,并解析了洋桔梗重瓣性状形成的关键候选基因,从而为洋桔梗的花色和花型多样性研究提供了新见解,并为其分子育种奠定重要理论基础。


浙江大学博士生梁雨薇和云南省农业科学院花卉研究所李帆副研究员为论文的第一作者,云南省农业科学院王继华院长、浙江大学张亮生教授和华南农业大学周筱帆教授为通讯作者,浙江大学为第一单位,云南省农业科学院花卉研究所为通讯单位。该研究得到云南省“兴滇英才支持计划”和云南省基础研究计划项目的资助。


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