河北大学杜会龙/遗传所梁承志/山西农大张丽君团队合作揭示甜荞基因组进化与黄酮类物质积累的遗传学基础

以下文章来源于JIPB ，作者JIPB

荞麦，蓼科荞麦属，是一种起源于中国的重要杂粮作物，在我国具有悠久的栽培和食用历史，包含甜荞和苦荞两个栽培种，二者在环境适应性、黄酮类物质含量以及繁殖方式等生物学特征方面存在较大差异。同时，甜荞基因组因高杂合、高重复等特点，导致对其解析具有较大挑战，而甜荞高质量基因组的缺失也在很大程度上限制了对其重要农艺性状相关基因的挖掘和利用。

JIPB近日在线发表了河北大学杜会龙教授、中科院遗传发育研究所梁承志研究员和山西农业大学张丽君教授等国内联合团队题为“High-quality Fagopyrum esculentum genome provides insights into the flavonoid accumulation among different tissues and self-incompatibility”的研究论文（https://doi.org/10‍.1111/jipb.13459）。该研究构建了高质量的甜荞和苦荞基因组，基于多组学数据解析了二者在黄酮类物质积累方面显著差异的遗传基础，并鉴定到了一个与甜荞自交不亲和相关的候选区域。本研究基于二代illumina、三代PacBio和Hi-C测序技术构建了栽培甜荞“品甜4号” 1.20 Gb和苦荞“品苦1号”0.45 Gb的高质量基因组。基因组进化与比较基因组分析结果表明，甜荞与苦荞分化后发生了大量的染色体重排事件，而甜荞中LTR-TRs的大量扩增是导致甜荞基因组显著大于苦荞基因组的主要原因；蓼科近期发生的全基因组加倍事件导致了荞麦基因组中参与环境适应以及黄酮类物质合成相关的基因家族发生显著扩增。联合多组学数据分析，研究人员发现甜荞与苦荞黄酮生物合成途径中的关键基因在不同组织间的表达模式存在显著差异，这可能是导致甜荞与苦荞物质积累差异的重要原因；同时，鉴定到了一个在苦荞种子中特异高表达的芦丁降解酶基因，该基因可能与苦味相关物质槲皮素在苦荞中的高含量有关。最后研究人员利用公布的36个长花柱和短花柱的甜荞GBS测序数据，在甜荞基因组中鉴定到了一个可能与自交不亲和相关的区域，该区域包含了大量与花发育和花粉亲和等相关的基因。总之，该研究为甜荞与苦荞黄酮类物质积累显著差异以及自交不亲和的遗传学机制等研究提供了新线索，而高质量的甜荞参考基因组也为荞麦重要功能基因的挖掘和分子育种提供了基础。

图. 甜荞芦丁生物合成途径和自交不亲和相关区域的鉴定

杜会龙教授，博士生导师，主要从事植物基因组进化与基于图形结构的泛基因组等研究工作。目前，主要研究方向为利用基因组学、群体遗传学、系统进化生物学和多组学等分析方法，探究燕麦和荞麦等重要粮食作物群体内的遗传多样性，挖掘与解析燕麦产量、品质等重要农艺性状相关的功能基因和调控网络，并基于基因编辑等技术实现燕麦的快速从头驯化和定向改造。以第一作者或通讯作者（含共同）在Cell（2020, 2021, 2021）、Nature Communications（2017, 2019）、Molecular Plant（2017，2020）、Journal of Integrative Plant Biology（2023）、SCIENCE CHINA Life Sciences（2019，2020，2021）和Journal of Genetics and Genomics（2022）等SCI刊物发表论文12篇。

河北大学校聘研究员何强和马丹教授为该论文共同第一作者，杜会龙教授、梁承志研究员和张丽君教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金和植物基因组学国家重点实验室等资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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