項(xiàng)目文章 | 基因組學(xué)助推菊芋起源演化研究獲新進(jìn)展

合作單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所

文章標(biāo)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(duì)象：菊芋

測(cè)序技術(shù)：基因組測(cè)序、Hi-C測(cè)序

百邁客生物為該研究提供了基因組測(cè)序服務(wù)。

近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所在植物科學(xué)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(jí)別參考基因組， 解析了菊芋基因組起源和演化過(guò)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(guó)的“舶來(lái)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(qiáng)。菊芋基因組推測(cè)為同源異源六倍體（2n=6x=102），其基因組龐大且復(fù)雜，其種間雜交起源演化假說(shuō)缺乏細(xì)節(jié)證據(jù)、爭(zhēng)議頗多。

本研究利用PacBio HiFi測(cè)序、Hi-C染色質(zhì)構(gòu)象捕獲測(cè)序技術(shù)，利用自主開發(fā)組裝算法EndHiC和其他復(fù)雜基因組組裝中積累的經(jīng)驗(yàn)和能力，參考同屬二倍體向日葵基因組、經(jīng)過(guò)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(jí)別組裝。參考基因組（去雜合，3x=51）大小為10.5 Gb，含有199,842個(gè)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(wàn)年前菊科祖先發(fā)生的全基因組三倍化，約2900萬(wàn)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(wàn)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(jìn)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(gè)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(dòng)、基因突變和人工馴化選擇等過(guò)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(yàn)證，但每個(gè)基因僅克隆了1個(gè)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(gè)1-SST、6個(gè)1-FFT、3個(gè)1-FEHI和9個(gè)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(gè)菊粉代謝基因仍處在持續(xù)進(jìn)化或功能分化過(guò)程中。

文章來(lái)源于植物代謝研究