杏（Prunus armeniaca L.）是我國(guó)原產(chǎn)果樹(shù)樹(shù)種，栽培歷史超過(guò)3000年。近年來(lái)，薔薇科特別是李屬(Prunus)植物的基因組學(xué)研究取得了長(zhǎng)足發(fā)展，梅花、桃、櫻桃和扁桃的基因組序列相繼公布。杏作為李屬植物主要成員和核果類主要果樹(shù)之一，對(duì)其進(jìn)行全基因組測(cè)序?qū)檫M(jìn)一步揭示薔薇科物種之間的進(jìn)化關(guān)系增添證據(jù)，并為杏重要農(nóng)藝性狀形成的分子機(jī)理及其調(diào)控研究奠定基礎(chǔ)。
近日，Horticulture Research 在線發(fā)表了北京市農(nóng)林科學(xué)院林果院王玉柱課題組題為“The apricot (Prunus armeniaca L.) genome elucidates Rosaceae evolution and beta-carotenoid synthesis” 的研究論文，報(bào)道了首個(gè)高質(zhì)量杏基因組。杏基因組雜合度高，組裝難度較大，該研究首先利用MaSuRCA軟件將Illumina測(cè)序數(shù)據(jù)組裝為super-reads，然后利用Canu軟件將super-reads和校正后的PacBio數(shù)據(jù)進(jìn)行組裝，進(jìn)一步去雜合得到杏全基因組序列，經(jīng)遺傳圖譜掛載后得到染色體級(jí)別的基因組，其大小為221.9 Mb，Contig N50為1.01 Mb，BUSCO評(píng)估高達(dá)98.0%，預(yù)測(cè)得到30436個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因。杏基因組組裝完成使薔薇科物種基因組水平的進(jìn)化關(guān)系進(jìn)一步清晰。研究表明，杏與梅親緣關(guān)系最近，約在553萬(wàn)年前產(chǎn)生分化，其次是扁桃和桃，與櫻桃親緣關(guān)系最遠(yuǎn)（見(jiàn)下圖）。在進(jìn)化過(guò)程中，杏盡管沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)全基因組復(fù)制事件，但在杏基因組中發(fā)現(xiàn)大量較大片段的重復(fù)區(qū)域，涉及2794個(gè)基因，主要集中在plant?pathogen interactions和phenylpropanoid biosynthesis的相關(guān)通路。同時(shí)，在杏進(jìn)化過(guò)程中發(fā)生了大量基因家族的擴(kuò)張和收縮，發(fā)現(xiàn)了2,300個(gè)杏特有基因。杏及相關(guān)物種的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)和基因家族變化β-胡蘿卜素是杏果肉主要的呈色物質(zhì)和重要營(yíng)養(yǎng)成分。以前研究多是關(guān)注β-類胡蘿卜素合成代謝途徑中的關(guān)鍵酶基因，該研究首次揭示β-類胡蘿卜素代謝延伸途徑中NCED基因是調(diào)控杏果肉顏色形成的關(guān)鍵基因。在白杏果肉中，NCED基因過(guò)量表達(dá)，將新合成的β-類胡蘿卜素通過(guò)NCED酶催化迅速轉(zhuǎn)化為脫落酸的前體物黃氧素（Xanthoxin），從而阻止β-胡蘿卜素的積累。這一結(jié)果可為其他果實(shí)呈色機(jī)理研究提供新思路，為探索杏果中β-胡蘿卜素含量的調(diào)控措施和培育富含β-胡蘿卜素的杏新品種奠定基礎(chǔ)。
林果院姜鳳超、張俊環(huán)和中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所王森博士為共同第一作者，王玉柱研究員和孫浩元研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
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