Nature Genetics | 荔枝基因組的兩個不同的單倍型表明早晚熟品種的獨(dú)立馴化事件

利用三代PacBio、二代illumina測序技術(shù)以及Hi-C技術(shù)測序，通過優(yōu)化基因組組裝策略，獲得高質(zhì)量的“妃子笑”荔枝基因組染色體水平的組裝，主要含15條假染色體序列，大小470Mb，雜合度2.27%，BUSCO評估顯示基因組組裝完整性為96.2%；同時完成基因組編碼基因的結(jié)構(gòu)注釋，共注釋得到31896個結(jié)構(gòu)基因，注釋完整度BUSCO評估94.8%，充分表明所獲得的“妃子笑”荔枝基因組質(zhì)量非常高。荔枝基因密碼的破譯將為未來荔枝功能基因組研究提供重要的參考。

比較基因組分析表明，荔枝和龍眼-10百萬年前(mya)從祖先物種中分離開來，而荔枝所在的無患子科與蕓香科大約在67.6mya分離開。荔枝、龍眼、文冠果和甜橙自共享y三倍化事件后并無獨(dú)立的WGD事件。

圖1-荔枝基因組的組裝、組成和進(jìn)化

2.荔枝的起源與馴化

利用通過對72份荔枝進(jìn)行重測序分析，發(fā)現(xiàn)荔枝大致可分為3個群體，即云南極早熟品種(EEMC/YNW)、海南晚熟品種(LMCHNW)、早熟栽培種(EMC)。其中值得注意的是，大新野生和博白野生荔枝雖然都位于廣西，但兩者間卻存在明顯的遺傳差異。分析發(fā)現(xiàn)云南野生種群經(jīng)歷了強(qiáng)烈的馴化瓶頸。

圖2-荔枝重測序群體分析

3.荔枝單倍型注釋和扥給基因差異表達(dá)

作者通過SNP分型和單細(xì)胞10x?Gemomics測序，利用“妃子笑”荔枝的高雜合性(2.27%)，成功獲得的兩個單倍型的基因組（云南單倍型，HY；海南單倍型，HH）。對39個妃子笑”不同組織和時期樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序分析，共鑒定到13517個等位差異表達(dá)基因(DEA)。DEA在基因組上的分布并不是均勻的，在某些區(qū)域具有集中現(xiàn)象，可能與特定的生物學(xué)過程相關(guān)。還發(fā)現(xiàn)，DEA和等位等量表達(dá)基因(EEA)具有相同的Ks值，但是DEA經(jīng)受更強(qiáng)的選擇壓力。

圖3-荔枝等位基因差異表達(dá)

4.COL307基因調(diào)控果實(shí)成熟

為了進(jìn)一步剖析荔枝果實(shí)成熟的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，作者對72個樣本進(jìn)行GWAS分析，20個顯著性位點(diǎn)的±50kb內(nèi)含有109個基因，與正選擇基因和開花相關(guān)基因取交集，最終篩選到目標(biāo)基因COL307。COL307下游含有3.7kb序列的缺失，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)極早熟果實(shí)品種中為純合缺失，晚熟品種中為純合不缺失，早熟品種中為雜合缺失，該缺失與果實(shí)成熟期高度連鎖，可以開發(fā)為簡便的分子標(biāo)記用于荔枝輔助育種。

基于荔枝(Litchi chinensis)基因組的高度雜合(~2.27%)，構(gòu)建了兩套高質(zhì)量妃子笑”單倍型基因組(470 Mb)。72份荔枝重測序分析發(fā)現(xiàn)，來自云南的一個野生群體的極早熟荔枝品種主要與“妃子笑”的其中一個單倍型對應(yīng)；來自海南的一個野生群體的晚熟荔枝品種則與另外一個單倍型對應(yīng)。早熟荔枝品種可能是極早熟荔枝品種與晚熟荔枝品種的雜交形成的，在廣東培育而成。包含一對CO-likc基因的3.7kb序列的缺失變異可能調(diào)控著不同荔枝品種間的果實(shí)成熟差異。