近日，西南大學(xué)柑桔研究所聯(lián)合云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所、福建農(nóng)林大學(xué)、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位在Journal of Integrative Plant Biology發(fā)表題為“Haplotype-resolved genome of a papeda provides insights into the geographical origin and evolution of Citrus”的研究論文，為柑橘物種的起源和進(jìn)化提供了新的見解。

英文標(biāo)題：Haplotype‐resolved genome of a papeda provides insights into the geographical origin and evolution of Citrus

發(fā)表期刊：Journal of Integrative Plant Biology

影響因子：9.3

合作單位：西南大學(xué)柑桔研究所等

百邁客生物為該研究提供了基因組測(cè)序及組裝等相關(guān)工作。

研究背景

柑橘是世界上種植最廣泛的水果之一，目前在140多個(gè)國(guó)家和地區(qū)種植。雖然過(guò)去的二十年里柑橘植物的種群結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性已被調(diào)查，但由于其豐富的資源類型和雜交頻繁，許多柑橘物種的起源和進(jìn)化仍不清楚。野生柑橘物種和原始柑橘保存了豐富的遺傳資源和遺傳多樣性，可用于闡明柑橘物種的起源和進(jìn)化。2015年，在西雙版納發(fā)現(xiàn)一棵200多年的野生柑橘樹大翼葉柑橘（DYC002），被認(rèn)為是研究柑橘進(jìn)化及苦味馴化的很好材料。

研究方法

DYC002單倍型基因組組裝：PacBio HiFi 180×；llumina 75×；HIC 134×

群體進(jìn)化研究：378份具有代表性的材料進(jìn)行全基因組重測(cè)序分析；平均測(cè)序深度32.6×

DYC002轉(zhuǎn)錄組測(cè)序：幼葉、莖、花、小果和根（3個(gè)生物學(xué)重復(fù)）

研究結(jié)果

作者利用53.7G PacBio HiFi、22.6G illumina reads和40.1G Hi-Creads，首先組裝出318.71 Mbp大小的contig版本基因組，contig N50為2.48 M，接著利用HIC數(shù)據(jù)將contig 掛載到染色體上，得到得到294 Mbp的基因組，BUSCO評(píng)估完整性大于98%，LTR組裝指數(shù)（LAI）得分高達(dá)21.1，測(cè)序數(shù)據(jù)回比率為97.43%，進(jìn)一步支持了組裝的完整性。最后對(duì)DYC002基因組注釋，共注釋到34,652個(gè)蛋白編碼基因和215,693個(gè)重復(fù)序列。重復(fù)序列多為L(zhǎng)TR，尤其是Gypsy LTR和Copia LTR，占組裝基因組的23.62%。比較基因組發(fā)現(xiàn)DYC002有191個(gè)基因家族正在快速進(jìn)化。GO富集分析表明，這些快速進(jìn)化的基因主要富集于萜烯合酶活性、倍半萜合酶活性、（4S）-檸檬烯合酶活性、(E)-檸檬烯合酶活性、葡萄糖苷酶活性和-葡萄糖苷酶活性等功能，表明DYC002在進(jìn)化過(guò)程中香氣和風(fēng)味發(fā)生了顯著變化。

利用CCS數(shù)據(jù)和HIC數(shù)據(jù)，作者組裝出DYC002的兩套單倍型基因組，長(zhǎng)度分別為294和300 Mbp，注釋的基因數(shù)量分別為28000和27785個(gè)；BUSCO完整度分別為97.39%和97.33%。通過(guò)比較分析，兩單倍型基因組間存在175萬(wàn)個(gè)SNPs，303,686個(gè)Indels，轉(zhuǎn)錄組分析表明，兩個(gè)單倍型中等位基因的表達(dá)高度一致。葉片中等位基因特異性表達(dá)基因（ASEGs）數(shù)量最高，而花中數(shù)量最低。在單倍型1和單倍型2的組裝中分別發(fā)現(xiàn)了535個(gè)和499個(gè)單倍型特異性基因。

為了說(shuō)明柑橘物種的進(jìn)化歷史，作者從378份具有代表性的柑橘材料中獲得了基因組重測(cè)序數(shù)據(jù)，利用核基因組SNPs進(jìn)行的系統(tǒng)發(fā)育分析，除了莽山野柑，柑橘屬可分為兩個(gè)進(jìn)化支，一支以寬皮柑橘、宜昌橙、香橙、甜橙等為代表，另一支包括大翼橙、澳指檬、澳沙檬、枸櫞、紅河大翼橙、柚、酸橙等。推測(cè)柑橘屬植物從起源中心朝東南亞和中國(guó)東部?jī)蓚€(gè)方向進(jìn)行演化和傳播。選擇性清除分析表明，苦味在柑橘馴化過(guò)程中具有較高的選擇，共鑒定出672個(gè)選擇性掃描區(qū)，一些參與類檸檬苦素和類黃酮生物合成的4-香豆酸-CoA連接酶、糖苷轉(zhuǎn)移酶受到選擇。

研究總結(jié)

高質(zhì)量基因組的發(fā)表對(duì)了解柑橘發(fā)揮重要作用。然而，由于其復(fù)雜的遺傳背景，許多柑橘物種的起源和進(jìn)化仍不清楚。作者從頭組裝了DYC002的294mbp染色體水平的基因組，對(duì)兩個(gè)單倍型基因組比較，發(fā)現(xiàn)了1.2%的基因組內(nèi)變異，包括175 萬(wàn)個(gè)SNPs，149,471個(gè)插入和154,215個(gè)缺失。以該基因組為參考，對(duì)378份具有代表性的柑橘材料進(jìn)行了重測(cè)序和系統(tǒng)發(fā)育分析，作者研究柑橘屬可分為兩個(gè)進(jìn)化支，證實(shí)了柑橘核心種的主要起源中心是華南地區(qū)，特別是喜馬拉雅-橫斷山脈。該研究為了解柑橘品種的起源和進(jìn)化提供了新的視角，并可能為柑橘育種和改良提供有價(jià)值的基因組資源。