兰州大学刘建全教授团队发表高质量毛榛基因组

榛属（Corylus）隶属于桦木科（Betulaceae），属内物种的果实统称为榛子，被广泛应用于巧克力、糖果、饼干等食品加工业。榛子和腰果、杏仁、核桃并称为四大坚果，不仅具有独特的风味，还含有丰富的营养，尤其富含不饱和脂肪酸，具有降血压、防止动脉粥样硬化等功效，是集保健、营养、食疗于一身的天然功能性食物资源。

但是榛属物种的油脂合成通路相关基因还没有得到系统的研究，而且目前广泛种植的欧洲榛备受病虫害的困扰，从其他高抗性榛属物种中鉴定关键抗逆基因，是解决这一问题的有效方法。此外，桦木科内部的6个属染色体在数量上具有显著的变异，但该科内部的基因组演化历程还不明晰。因此，作为优良的野生榛子资源，高抗性的毛榛（Corylus mandshurica）能够为榛属的育种和果实油脂合成机制提供重要的资源，高质量的基因组也是明晰桦木科不同属间染色体演化的关键信息。

2021年3月，Horticulture Research在线发表了兰州大学刘建全团队题为The Corylus mandshurica genome provides insights into the evolution of the Betulaceae genome and hazelnut breeding的研究论文。

该研究报道了毛榛染色体级别基因组，利用比较基因组学的方法，揭示了桦木科基因组的演化历程，挖掘了影响榛子油脂合成的潜在基因和基因家族，为榛子的改良栽培提供了宝贵的资源。

研究团队利用Illumina，Nanopore和Hi-C测序技术，将约367.7Mb的基因组序列锚定到了11条染色体上，获得了高质量的染色体级基因组组装和功能注释，其Contig N50为14.85Mb。重复序列占基因组的比例约为68.74%，注释得到了28,409个蛋白质编码基因。

Fig. 2 Genome features and evolutionary and comparative genomic analyses.

通过比较基因组研究，发现垂枝桦具有已知桦木科物种最近共同祖先一致的染色体状态，以此推断出所有桦木科物种起源于一个拥有14对染色体的祖先基因组，经过多次断裂和融合等事件形成了目前桦木科多种多样的温带森林物种。其中毛榛基因组由祖先基因组经过一次染色体臂的相互易位(RTA)，两次嵌套染色体融合(NCF)，和一次染色体端端相连(EEJ)形成了目前由11对染色体组成的核型。

Fig. 3 Schematic representation of karyotype evolution in the five Betulaceae genomes from the ancestral Betulaceae karyotype and chromosome fusions/fissions during the karyotype evolution of C. mandshurica.

研究鉴定到了764个油脂相关的基因，其中96个可能直接参与油脂生物合成，进化分析发现包括催化油酸累积关键基因SAD和FATA在内的10个基因受到了正选择或快速进化。此外，研究还鉴定到一些与抗逆相关的基因家族在毛榛基因组中发生快速扩张，可能与其胁迫环境下的响应相关。该研究为理解桦木科基因组演化、以及榛子油脂产量的分子育种与遗传改良都提供了宝贵的遗传资源。

Fig. 4 Metabolic pathways and numbers of genes associated with biosynthesis and accumulation of oleic acid and TAG in C. mandshurica.

兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，生态学创新研究院杨勇志青年研究员为该论文的通讯作者，博士研究生李颖和孙朋川为并列第一作者，该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项项目（XDB31010300）、国家重点研发计划（2017YFC0505203）、国家自然科学基金（31590821和31900201）的资助。

作者简介

杨勇志，兰州大学生态学创新研究院青年研究员，硕士生导师。主要以多组学分析的手段，围绕桦木科物种的形成和适应机制、濒危植物的种群变化和维持机制，以及被子植物关键类群的演化机制展开工作。

目前以第一作者或通讯作者发表论文十余篇，包括Nature Plant、Nature Communications（2篇）、Nature Ecology and Evolution等国际期刊。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41438-021-00495-1

转自：“园艺研究”微信公众号

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