杜鹃花gapless基因组揭示种间花色转变遗传基础

杜鹃花属（Rhododendron L.）是全球最大的木本植物类群之一，具有重要的园艺观赏价值，是我国的十大名花之一。其包含近一千个种和三万多个园艺品种，广泛分布于北半球，尤其是我国西南高海拔地区。杜鹃花具有极其多样性的花色变异，以红色、白色、黄色系为主，同时存在广泛的自然杂交和悠久的人工选育历史，在世界范围内具有较高的知名度和庞大的产业链。尽管有多达数万个花色各异的栽培品种，杜鹃花花色形成遗传机制的研究还非常欠缺，限制了杜鹃花高效育种体系的建立与完善。

2022年10月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）北京林业大学和中科院植物所合作完成的题为Gapless genome assembly of azalea and multi-omics investigation into divergence between two species with distinct flower color的研究论文。该研究发布了杜鹃花 gapless端到端基因组组装，借助多组学系统生物学策略揭示了种间花色差异的基因表达调控基础。

该研究基于三代长读长测序和Hi-C技术，获得了黄色花系杜鹃花--羊踯躅的端到端gapless基因组组装。该基因组组装大小为653.46 Mb，99.48%的序列锚定到13条染色体上；该组装具有显著的连续性，contig N50长度为44.84 Mb，仅包含9个gap，含有41600个蛋白编码基因，重复序列占基因组的53.48%。

该研究将羊踯躅（黄色花）与团队先前报导的映山红（红色花）进行了深入的比较分析。结果表明，特定的LTR-RT家族（Gypsy）推动了物种间特异性序列的形成，并推动了广泛地基因重复以及假基因化过程。整合基因组、转录组和代谢组学等多组学数据，该研究揭示出类胡萝卜素和黄酮醇是黄色花形成的关键色素，黄色系中花青素合成相关结构基因家族经历了显著假基因化而收缩；同时，基于时序基因共表达调控网络的种间比较分析，揭示了花色差异相关的基因调控模式；黄花中，B3和ERF等转录因子家族主导了其特异的类胡萝卜素和黄酮醇相关的等级性基因调控，而WRKY、ERF、WD40、C2H2、NAC等转录因子家族则主导了红色花特异的花青素相关的等级基因调控模块的形成。

该研究为解析杜鹃花属花色决定机制、理解快速种间花色转变提供了重要参考，为花色相关的遗传改良和育种提供了关键的基因组信息。

图1 羊踯躅（黄花）与映山红（红花）杜鹃花物种间基因组比较

图2 羊踯躅（黄花）和映山红（红花）花色形成的时序基因共表达网络及物种间比较

北京林业大学生物科学与技术学院博士生聂帅为论文第一作者，毛建丰副教授和中科院植物所杨福生副研究员为通讯作者。北京林业大学赵世威、史天乐、田雪婵、郭璟芳、严雪梅、包钰韬、李智超、孔蕾、马海瑶、陈朝阳和刘辉等同学为共同作者，来自瑞典和加拿大的合作者参与了该研究。该研究得到中国科学院A类战略性先导科技专项“美丽中国生态文明建设科技工程”项目八“自然保护地健康管理与生态廊道设计技术”（XDA23080000）和第二次青藏高原科学考察研究（2019QZKK0502）等项目资助。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhac241

转自：“园艺研究”微信公众号

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