01??研究背景
荔枝是一種重要的風(fēng)味獨特的熱帶水果，具有極高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)價值。荔枝品種按果實成熟期可分為極早熟品種(EEMC)、中早熟品種(EMC)和晚熟品種(LMC)3大類；EEMCs品種稀少，生產(chǎn)價值不高，果實品質(zhì)較好的品種多屬于LMC品種；目前不同成熟期品種間的差異研究較少。荔枝目前在我國的云南、海南和廣西、廣東等地均有栽培種植，然而，確切的起源中心和荔枝馴化的歷史仍然是未知的。研究荔枝基因組的結(jié)構(gòu)和進(jìn)化對促進(jìn)荔枝及無患子科近緣植株的遺傳改良具重要價值。
02?材料與方法
基因組：荔枝栽培種“Feizixiao”；~184x Illumina+~58.6x PacBio CLR+~144x Hi-C
重測序：38份野生種和34份栽培種；~13x
03?研究結(jié)果
1.“Feizixiao”荔枝基因組組裝注釋
利用三代PacBio、二代illumina測序技術(shù)以及Hi-C技術(shù)測序，通過優(yōu)化基因組組裝策略，獲得高質(zhì)量的“妃子笑”荔枝基因組染色體水平的組裝，主要含15條假染色體序列，大小470Mb，雜合度2.27%，BUSCO評估顯示基因組組裝完整性為96.2%；同時完成基因組編碼基因的結(jié)構(gòu)注釋，共注釋得到31896個結(jié)構(gòu)基因，注釋完整度BUSCO評估94.8%，充分表明所獲得的“妃子笑”荔枝基因組質(zhì)量非常高。荔枝基因密碼的破譯將為未來荔枝功能基因組研究提供重要的參考。
比較基因組分析表明，荔枝和龍眼-10百萬年前(mya)從祖先物種中分離開來，而荔枝所在的無患子科與蕓香科大約在67.6mya分離開。荔枝、龍眼、文冠果和甜橙自共享y三倍化事件后并無獨立的WGD事件。
圖1-荔枝基因組的組裝、組成和進(jìn)化
2.荔枝的起源與馴化
利用通過對72份荔枝進(jìn)行重測序分析，發(fā)現(xiàn)荔枝大致可分為3個群體，即云南極早熟品種(EEMC/YNW)、海南晚熟品種(LMCHNW)、早熟栽培種(EMC)。其中值得注意的是，大新野生和博白野生荔枝雖然都位于廣西，但兩者間卻存在明顯的遺傳差異。分析發(fā)現(xiàn)云南野生種群經(jīng)歷了強(qiáng)烈的馴化瓶頸。
圖2-荔枝重測序群體分析
3.荔枝單倍型注釋和扥給基因差異表達(dá)
作者通過SNP分型和單細(xì)胞10x?Gemomics測序，利用“妃子笑”荔枝的高雜合性(2.27%)，成功獲得的兩個單倍型的基因組（云南單倍型，HY；海南單倍型，HH）。對39個妃子笑”不同組織和時期樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序分析，共鑒定到13517個等位差異表達(dá)基因(DEA)。DEA在基因組上的分布并不是均勻的，在某些區(qū)域具有集中現(xiàn)象，可能與特定的生物學(xué)過程相關(guān)。還發(fā)現(xiàn)，DEA和等位等量表達(dá)基因(EEA)具有相同的Ks值，但是DEA經(jīng)受更強(qiáng)的選擇壓力。
圖3-荔枝等位基因差異表達(dá)
4.COL307基因調(diào)控果實成熟
為了進(jìn)一步剖析荔枝果實成熟的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，作者對72個樣本進(jìn)行GWAS分析，20個顯著性位點的±50kb內(nèi)含有109個基因，與正選擇基因和開花相關(guān)基因取交集，最終篩選到目標(biāo)基因COL307。COL307下游含有3.7kb序列的缺失，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)極早熟果實品種中為純合缺失，晚熟品種中為純合不缺失，早熟品種中為雜合缺失，該缺失與果實成熟期高度連鎖，可以開發(fā)為簡便的分子標(biāo)記用于荔枝輔助育種。
04?研究總結(jié)
基于荔枝(Litchi chinensis)基因組的高度雜合(~2.27%)，構(gòu)建了兩套高質(zhì)量妃子笑”單倍型基因組(470 Mb)。72份荔枝重測序分析發(fā)現(xiàn)，來自云南的一個野生群體的極早熟荔枝品種主要與“妃子笑”的其中一個單倍型對應(yīng)；來自海南的一個野生群體的晚熟荔枝品種則與另外一個單倍型對應(yīng)。早熟荔枝品種可能是極早熟荔枝品種與晚熟荔枝品種的雜交形成的，在廣東培育而成。包含一對CO-likc基因的3.7kb序列的缺失變異可能調(diào)控著不同荔枝品種間的果實成熟差異。
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