项目文章 | 基因组学助推菊芋起源演化研究获最新进展

合作单位：中国农业科学院深圳农业基因组研究所

文章标题：Haplotype-resolved chromosome-level genomeof hexaploid Jerusalem artichoke providesinsights into its origin, evolution, and inulinmetabolism

期刊名称：Plant Communications

影响因子：10.5

研究对象：菊芋

测序技术：基因组测序、Hi-C测序

太阳集团电子游戏为该研究提供了基因组测序服务。

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所在植物科学期刊Plant Communications（中科院一区，IF=10.5）上在线发表题为“Haplotype-resolved chromosome-level genome of hexaploid Jerusalem artichoke provides insights into its origin, evolution, and inulin metabolism”的研究论文，构建了六倍体菊芋染色体级别参考基因组， 解析了菊芋基因组起源和演化过程，鉴定了所有菊粉代谢基因拷贝。

菊芋俗称洋姜、鬼子姜，是原产北美、经欧洲传入我国的“舶来品”。菊芋块茎曾作为冬季腌菜在北方百姓餐桌上流行，如今主要用于生产膳食纤维和益生元等保健品或食品添加剂，也可作生物能源植物、青贮饲料。菊芋抗旱、抗寒、耐盐碱、再生能力极强。菊芋基因组推测为同源异源六倍体（2n=6x=102），其基因组庞大且复杂，其种间杂交起源演化假说缺乏细节证据、争议颇多。

本研究利用PacBio HiFi测序、Hi-C染色质构象捕获测序技术，利用自主开发组装算法EndHiC和其他复杂基因组组装中积累的经验和能力，参考同属二倍体向日葵基因组、经过多轮人工校正组装，最终完成了六倍体菊芋的高质量染色体级别组装。参考基因组（去杂合，3x=51）大小为10.5 Gb，含有199,842个蛋白编码基因，基因组大小和基因数目均为向日葵的3倍。

今天的菊芋基因组经历了约4500万年前菊科祖先发生的全基因组三倍化，约2900万年前向日葵超族祖先发生的全基因组加倍，以及约2百万年前菊芋与向日葵分化后发生的全基因组三倍化事件。同源染色体单拷贝直系同源基因的进化分析表明，最近的三倍化是菊芋二倍体与四倍体祖先发生的种间杂交和染色体加倍事件，故菊芋基因组包含了A1, A2、B三个亚基因组。除基因组多倍化事件外，向日葵属内大规模染色体重排、转座子活动、基因突变和人工驯化选择等过程共同塑造了现在的六倍体菊芋基因组。

作为菊粉工业化生产作物，菊芋的菊粉代谢基因（合成酶基因1-SST与1-FFT、分解酶基因1-FEHI与1-FEHII）早已被克隆验证，但每个基因仅克隆了1个拷贝。本研究基于菊芋全基因组序列，系统鉴定了包括已克隆拷贝在内的所有菊粉代谢基因，其中6个1-SST、6个1-FFT、3个1-FEHI和9个1-FEHII参与菊粉代谢，余下的拷贝已变为假基因或丢失功能，菊芋多倍化事件产生的多个菊粉代谢基因仍处在持续进化或功能分化过程中。

文章来源于植物代谢研究