醋栗番茄是栽培番茄的野生祖先種，以其優(yōu)異的抗性、濃郁的風(fēng)味、可與栽培番茄直接雜交、快速轉(zhuǎn)育優(yōu)良性狀等特點(diǎn)，廣泛用作現(xiàn)代番茄育種的重要種質(zhì)資源。其基因組和遺傳多樣性的研究，對(duì)充分挖掘該野生種質(zhì)資源的育種潛力和價(jià)值，促進(jìn)番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。因此，醋栗番茄的基因組研究受到研究者關(guān)注，此前已有個(gè)別基因組草圖發(fā)布，但是，這些草圖并不完整，高度碎片化，限制了它們在育種和科學(xué)研究中的應(yīng)用。
該研究采用PacBio + Hi-C策略，組裝了一個(gè)高質(zhì)量染色體級(jí)的醋栗番茄LA2093基因組序列。LA2093是一個(gè)重要的醋栗番茄品系，擁有優(yōu)良的抗病性、抗逆性和高番茄紅素含量等優(yōu)異性狀，被用作父本材料，參與構(gòu)建了一個(gè)重組自交系群體，廣泛用于抗性和果實(shí)品質(zhì)相關(guān)的基因定位。通過LA2093與現(xiàn)代栽培品種Heinz 1706的參考基因組的比較分析，鑒定了92000多個(gè)基因組結(jié)構(gòu)變異（SVs），其中包括11個(gè)長度超過一百萬堿基對(duì)的超大型SVs。研究人員利用約600個(gè)包括野生和栽培番茄品系在內(nèi)的基因組數(shù)據(jù)，比較分析番茄馴化、改良和現(xiàn)代育種中被選擇的SVs，發(fā)現(xiàn)大量受選SVs與已知的重要育種性狀相關(guān)基因重疊，包括果實(shí)重量、果實(shí)成熟、番茄紅素含量及含糖量等，這些SVs對(duì)相關(guān)基因的表達(dá)水平有顯著影響。表達(dá)數(shù)量性狀位點(diǎn)（eQTL）分析可以檢測到一些熱點(diǎn)區(qū)域，這些區(qū)域含有控制重要性狀的主要調(diào)控因子。該研究利用基于SVs的eQTL分析發(fā)現(xiàn)了影響類黃酮生物合成和表皮蠟質(zhì)積累等的熱點(diǎn)區(qū)域和主要調(diào)控因子，對(duì)改良果實(shí)品質(zhì)和延長貨架期具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
該研究得到的高質(zhì)量醋栗番茄LA2093基因組及鑒定得到的SVs為將來的番茄生物多樣性育種和相關(guān)的科學(xué)研究提供了豐富資源。相關(guān)成果于近日以Genome of Solanum pimpinellifolium provides insights into structural variants during tomato breeding為題發(fā)表在Nature Communications上。美國康奈爾大學(xué)及中國科學(xué)院植物種質(zhì)創(chuàng)新與特色農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、武漢植物園為論文共同完成單位，武漢植物園園藝植物基因組與分子改良學(xué)科組研究員高磊為論文共同第一作者。
圖1 醋栗番茄LA2093基因組及結(jié)構(gòu)變異
圖2 受選結(jié)構(gòu)變異及其對(duì)番茄紅素累積相關(guān)基因表達(dá)的影響
圖3 基于SVs的eQTL分析
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