薔薇科懸鉤子屬（Rubus）包含樹莓、黑莓等700多個物種，是分類學(xué)上公認(rèn)的復(fù)雜類群，其物種親緣關(guān)系長期存在爭議。此前針對懸鉤子屬的多組學(xué)研究主要聚焦于栽培種，野生樹莓的基因組信息相對匱乏，導(dǎo)致其起源進(jìn)化歷史、果實品質(zhì)調(diào)控等科學(xué)問題尚未得到充分解析，限制了野生資源的開發(fā)與利用。
中國科學(xué)院昆明植物研究所等首先解析了4種野生懸鉤子高質(zhì)量基因組。基于新組裝以及已發(fā)表的基因組，團(tuán)隊構(gòu)建了懸鉤子屬泛基因組，鑒定出10243個核心基因家族，這些基因是樹莓生長發(fā)育的基礎(chǔ)遺傳保障。值得注意的是，該研究在高雜合度的二倍體野生樹莓中區(qū)分出A/B亞基因組，并發(fā)現(xiàn)著絲粒區(qū)域含有亞基因組特異性的k-mer序列，這些序列富集了不同的Gypsy/Athila類LTR反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，推測著絲粒序列差異可作為亞基因組分型以及追溯起源演化的“進(jìn)化指紋”。
研究進(jìn)一步對涵蓋懸鉤子屬80個物種的125份材料進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育基因組分析，發(fā)現(xiàn)屬內(nèi)存在復(fù)雜的核質(zhì)基因組沖突，印證了種間雜交與不完全譜系分選導(dǎo)致復(fù)雜進(jìn)化歷史。通過亞基因組與系統(tǒng)發(fā)育分析，研究發(fā)現(xiàn)庫頁懸鉤子位于紅樹莓分支的基部，兩者的亞基因組間存在古老重組抑制，并存在共同祖先的同源雜交起源。另外，紅樹莓不同品種間的廣泛遺傳漸滲現(xiàn)象尤為突出。基于著絲粒單倍型覆蓋度分析，追溯17個紅樹莓品種的祖先成分，發(fā)現(xiàn)北美與歐洲品種攜帶較為單一的亞基因組（i型），而中國分布的野生類群保留了更多祖先遺傳多樣性（i和I型），成為改良廣布品種遺傳背景的寶貴資源。
通過整合紅、黃、黑三種果實顏色的不同懸鉤子物種主要發(fā)育階段的代謝與表達(dá)譜數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊揭示了果實品質(zhì)性狀形成的遺傳機(jī)制。代謝分析顯示，在果實成熟過程中藥用成分（黃酮、酚酸、萜類）逐漸減少，而營養(yǎng)成分持續(xù)積累，提示“未成熟果側(cè)重防御、成熟果吸引傳播者”的生態(tài)策略，為優(yōu)化藥用與食用采收期提供了理論依據(jù)。整合轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，橢圓懸鉤子的黃色果實雖然能夠正常合成花青素（如飛燕草素、矢車菊素），但因谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶基因（RelGST）表達(dá)受抑，導(dǎo)致花青素?zé)o法有效轉(zhuǎn)運至液泡積累，而葉黃素等類胡蘿卜素的積累使得果實呈現(xiàn)黃色。通過瞬時過表達(dá)RelGST可使黃果顯著變紅，且花青素類化合物的含量提升近200倍，證實了其為果實顏色限制因子，為樹莓果實顏色育種提供了候選靶基因。
該研究探索了懸鉤子屬的分類學(xué)爭議與進(jìn)化脈絡(luò)，挖掘了著絲粒用于遺傳溯源的應(yīng)用潛力，明確了中國西南地區(qū)野生懸鉤子是珍貴的種質(zhì)資源，為野生資源馴化、優(yōu)異基因挖掘、藥用食用代謝調(diào)控、分子育種提供了理論依據(jù)。
相關(guān)研究成果以Multi-omics Analyses Shed Lights on the Evolution and Fruit Development of Chinese Raspberries (Rubus?spp.)為題，發(fā)表在《植物學(xué)報（英文版）》（Journal of Integrative Plant Biology）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接
三種果實顏色懸鉤子花青素代謝的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
本文鏈接：懸鉤子屬遺傳分化與果實發(fā)育研究取得進(jìn)展http://www.sq15.cn/show-12-1969-0.html
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