Hortic Res | 华中农大解析两种南方特有杏基因组并揭示其进化历史过程

以下文章来源于林木科学评论 ，作者Dinglab

杏为蔷薇科（Rosaceae）李属（PrunusL.）杏组(Armeniaca section)植物，在我国已有千年的栽培历史。我国为杏的原初起源中心之一，具有丰富的野生杏种质资源。据考古资料和相关的文献记载，杏在我国有三千年的栽培历史，在我国古人的物质生活和文化生活中发挥着重要的作用。杏的果实在外形与南方的梅很相似，梅通常很酸，而杏通常都比较甜，因此古代就有 “南梅北杏”的说法。目前，国内学者仍旧普遍认为杏主要分布于我国北方地区，秦岭淮河以南主要分布梅，几乎不存在杏的分布。目前，有两种南方野生分布的小种群杏：洪平杏（P. hongpingensisYu & Li）和政和杏（P. zhengheensis Zhang & Lu），关于它们究竟是杏还是梅，属于杏组植物新种、变种还是变异类型的争论一直都存在其中，洪平杏目前仅在湖北省神农架林区有少量的分布，据多年的野外调查目前仅发现13棵存活的野生大树。同时，政和杏也仅在福建省政和县稠岭乡山区有少量分布。此外，目前广泛种植的品种杏在我国南方栽培的表现并不尽人意，因此洪平杏和政和杏是极为珍贵野生杏种质资源。

2023年11月，Horticulture Research上线了（Advance Access）华中农业大学园艺林学学院丁寄花团队与四川大学生命科学学院王婧团队合作完成的题为“Genomic evidence for evolutionary history and local adaptation of two endemic apricots: Prunus hongpingensis and P. zhengheensis的研究论文。

本研究结合Pacbio和Hi-C测序技术组装出两个染色体水平的基因组。系统进化树结果表明，洪平杏和政和杏在3.35个百万年前从共同的祖先中产生分化，同时洪平杏和政和杏在1.92个百万年前分化。与其他杏一样，洪平杏和政和杏基因组均只经历了一次古代的γ事件而没有经历近期的全基因组加倍。通过基因组结构变异分析发现在二号染色体上洪平杏和政和杏与普通杏相比产生了大片段的inversion (2.25 Mb in Chr2:6,752,002-9,113,188)。

由于洪平杏和政和杏均为南方野生分布的小种群杏，因而我们对其的杂合度、近交水平和有害突变积累进行比较分析。结果显示，洪平杏和政和杏的杂合度较低，表明这两个特有种的遗传变异有限。一般来说，较高的自交系数可能会导致物种的杂合度降低并进一步导致适应性下降，然而并没有在这两种杏中发现较高的自交系数。通过检测了三种蛋白质编码基因变异的分布进而评估有害突变，结果显示在杂合子中的有害突变比例更高，说明在有害基因更可能是隐性的，并维持在杂合状态。与其他物种相比，我们没有观察到洪平杏和政和杏中有害突变的比例增加。这可能说明洪平杏和政和杏由于长期处于小种群状态，通过了有效清除了大量致命的有害突变进而避免物种灭绝。

对中国南方特有野生杏树政和杏的环境适应的相关基因和变异的探索，对杏树在南方的驯化和未来育种具有重要意义。此外，高山野杏仅分布于神农架林区山区（~1800 ~ 1900m），也是高原杏驯化的宝贵种质资源。首先通过生态位分析，发现洪平杏和政和杏具有不同与其他杏的环境特性。海拔（elev）是将洪平杏与其他物种/种群分离的主要因素，而降水相关（bio12）与政和杏的相关性较高。然后使用XP-CLR来测试洪平杏和政和杏基因组的某些区域是否具有环境适应过程中的选择信号。洪平杏中受选择的基因的富集分析发现有大量与海拔以及高山环境适应相关的通路，例如"response to stress"，"flavonoid biosynthesis"， "photosynthesis−antenna proteins"，"DNA repair" 和"response to light stimulus "等，同时我们还坚定到了多个与光和应激反应相关的基因。在政和杏中，受选择的基因和洪平杏几乎没有重合，主要有" cell wall modification "， " cell division "，"vacuolar transport"，"photosynthesis"， "cutin, suberine and wax biosynthesis "等通路，大多基因与中国南方潮湿多雨和炎热的气候相关。总的来说，在洪平杏和政和杏适应过程中受选择基因的鉴定为进一步的育种工作提供了宝贵的建议。

华中农业大学园艺林学学院博士后戴小康和神农架林业科学研究院青年学者向松竹为该论文共同第一作者。华中农业大学园艺林学学院丁寄花教授和四川大学生命科学学院王婧教授为该论文的共同通讯作者。该研究的样品采集得到了神农架林业科学研究院和神农架华中农业大学科创中心的大力支持。该研究由神农架林业科学院科技项目、国家自然科学基金以及中央高校基本科研业务费共同资助完成。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad215

转自：“园艺研究”微信公众号

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