Hortic Res 精选2021 | 中国热带农业科学院宋顺课题组解析百香果染色体级别基因组和风味物质合成机理

2021年1月，Horticulture Research在线发表中国热带农业科学院海口实验站（简称中国热科院海口站）百香果研究团队题为Chromosome-scale genome assembly provides insights into the evolution and flavor synthesis of passion fruit (Passiflora edulis Sims) 的研究论文。

该研究报道了百香果染色体级别基因组，明确了百香果的进化地位，基因组、转录组和代谢组等多组学角度挖掘了影响百香果风味的潜在基因和基因家族，为百香果的改良栽培提供了宝贵的资源。

基因组组装注释

百香果是一种具有重要经济和观赏价值的热带水果。研究团队利用Illumina、Nanopore、Hi-C测序，采用NextDenovo + SMARTdenovo + NextPolish策略组装，最终获得~1341.7 Mb的基因组，Contig N50~3.1 Mb，结合Hi-C数据对基因组辅助染色体挂载，得到9条染色体，挂载率高达98.92%。基因组BUSCO评估 91.56%。通过de novo预测、同源比对预测并结合RNA-seq数据集，共预测基因23,171个，其中，22,261（96.1%）个基因被分配到染色体位置，并在基因组中鉴定出994,414个重复元件。

Fig. 1: Morphology of passion fruit and overview of the passion fruit genome.

系统进化分析

研究者利用OthoMCL将注释的基因在百香果和其它19种近缘植物中进行基因家族比较分析，共鉴定出368个百香果特有基因家族，采用单拷贝基因家族构建系统发育树，百香果与大戟科（R. communis、H. brasiliensis和M. esculenta）亲缘关系最密切，其次是芸苔科（B. Napus和A. thaliana），与其他植物亲缘关系较远。Ks分析和共线性结果显示：在约65MYA和12MYA，百香果发生了2次全基因组复制事件。

Fig. 2: Evolution of the passion fruit genome.

多组学分析百香果风味

综合分析基因组、转录组和代谢组的数据显示：α-亚麻酸代谢,代谢途径和次生代谢途径是参与百香果重要挥发性有机物（VOCs）合成的主要途径。研究团队并进一步筛选了一些候选基因，包括GDP-fucose Transporter 1-like、Tetratricopeptide repeat protein 33、protein NETWORKED 4B isoform X1和Golgin Subfamily A member 6-likeprotein 22。

此外，还鉴定了13个脂肪酸途径中重要的基因家族和8个萜类途径中重要的基因家族。其中ACX、ADH、ALDH和HPL基因家族，特别是ACX13/14/15/20、ADH13/26/33、ALDH1/4/21和HPL4/6是酯类合成的关键基因，而TPS基因家族，特别是PeTPS2/3/4/24是萜类合成的关键基因家族。

Fig. 5: Expression heatmap and metabolite contents of fatty acid metabolic and terpene biosynthesis pathways in passion fruit.

总之，本研究团队利用Illumina+Nanopore+Hi-C技术组装了高质量的染色体级别百香果基因组，阐明了百香果的进化，并结合转录组和代谢组对百香果潜在的风味机制进行了详细的分析。本研究的数据和结果为百香果的遗传研究和改良提供了宝贵的资源。

中国热科院海口站和海南大学的夏志强、中国热科院海口站的黄东梅、齐鲁工业大学的张圣奎为共同第一作者，中国热科院海口站百香果团队负责人宋顺为通讯作者，詹儒林为共同通讯作者。研究得到了中国热带农业科学院基本科研业务费的支持。希望组科技服务为本研究提供了Illumina、Nanopore和Hi-C测序服务，承担了基因组的标准分析任务。

团队简介

中国热带农业科学院海口实验站（热带果树研究所）百香果团队专门从事百香果（西番莲）育种工作，主要工作为联合国内外大学或科研单位等开展种质资源收集和利用，运用现代分子育种技术探究百香果物质形成机理或抗逆机制。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41438-020-00455-1

转自：“园艺研究”微信公众号

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