我所在蒲瓜基因組組裝和果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控研究方面取得新進(jìn)展
近日，我所瓜類研究一室在國(guó)際期刊Horticulture Research（中科院農(nóng)林科學(xué)一區(qū)TOP，IF=7.6）在線（Advance Access）發(fā)表了題為“Combined genomic, transcriptomic, and metabolomic analyses provide insights into the fruit development of bottle gourd (Lagenaria siceraria)”的研究論文，揭示了蒲瓜基因組組成和進(jìn)化關(guān)系及果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的分子調(diào)控機(jī)制。我所為論文第一完成單位。北京市農(nóng)林科學(xué)院何雪蓮博士、鄭鄢燕副研究員和我所楊松光副研究員為共同第一作者，北京市農(nóng)林科學(xué)院左進(jìn)華研究員、我所彭慶務(wù)研究員和王敏副研究員為共同通訊作者。
蒲瓜（Lagenaria siceraria(Molina) Standl），又稱瓠瓜、葫蘆、夜開(kāi)花等，屬于葫蘆科葫蘆屬，原產(chǎn)于非洲撒哈拉以南地區(qū)，現(xiàn)已在全球多個(gè)地區(qū)廣泛栽培。作為我國(guó)南方地區(qū)重要的特色瓜類蔬菜，蒲瓜的幼嫩果實(shí)口感清爽，營(yíng)養(yǎng)豐富，含有豐富的維生素、膽堿、萜類和黃酮等生物活性成分，具有潛在的藥用價(jià)值。但蒲瓜高質(zhì)量基因組的缺乏不利于其相關(guān)分子機(jī)制的研究，阻礙了進(jìn)一步的應(yīng)用。
本研究通過(guò)結(jié)合PacBio HiFi、ONT超長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序和Hi-C測(cè)序數(shù)據(jù)，成功組裝了蒲瓜的基因組，總長(zhǎng)度為298.67 Mb。在11條染色體中，有7條實(shí)現(xiàn)了從端粒到端粒的無(wú)間隙組裝，Contig N50達(dá)到了28.55 Mb，共注釋出24,439個(gè)蛋白編碼基因。BUSCO評(píng)估顯示，基因組的完整性達(dá)到了96.34%。通過(guò)基因組比較和系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)蒲瓜與西瓜的親緣關(guān)系最近，大約在14.3至32.38百萬(wàn)年前發(fā)生分化。
圖1 廣東蒲瓜（Pugua）基因組組裝
此外，本研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素GA4和Aux/IAA家族基因在果實(shí)的膨大和成熟中起著介導(dǎo)作用。在細(xì)胞壁動(dòng)態(tài)調(diào)控方面，XTHs和EXPs酶類發(fā)揮了重要作用；在果實(shí)發(fā)育的早期階段，主要以氨基酸和脂質(zhì)的積累為主，而后期則以糖和萜類化合物的積累為主。GGAT2基因的表達(dá)水平與蒲瓜中谷氨酸的積累呈現(xiàn)正相關(guān)性，而SUS5和SPS4基因的表達(dá)水平與蔗糖積累水平相一致。這些研究結(jié)果為了解蒲瓜基因組的進(jìn)化以及果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制提供了重要的理論基礎(chǔ)。
圖2 蒲瓜果實(shí)發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
本研究獲得了廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項(xiàng)資金（高水平農(nóng)科院建設(shè)）項(xiàng)目(R2021YJ-0G001)、2024年鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略特設(shè)種業(yè)振興項(xiàng)目（2022-440100-4301030107-0013）及北京市農(nóng)林科學(xué)院瓜類協(xié)同創(chuàng)新中心建設(shè)（XTCX202301）等項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhae335