近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)作物逆境與高效生產(chǎn)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西北旱區(qū)果樹(shù)發(fā)育生物學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家單位，在Nature Communications上發(fā)表了題為 《Genome sequencing of 'Fuji' apple clonal varieties reveals genetic mechanism of the spur-type morphology》 的研究論文，揭示了蘋(píng)果芽變基因組學(xué)基礎(chǔ)和短枝型變異的遺傳機(jī)制。蔡鈺東、高秀華、毛江萍、劉昱、童路和陳錫龍為該論文第一作者，我校張東教授、姜雨教授、毛江萍副教授和美國(guó)康奈爾大學(xué)費(fèi)章君教授為該論文的通訊作者。

 

　　蘋(píng)果、柑橘和梨等多年生果樹(shù)產(chǎn)生體細(xì)胞變異，形成優(yōu)勢(shì)性狀，從而為芽變育種提供基礎(chǔ)。蘋(píng)果育種中超30%品種通過(guò)芽變選種培育。富士蘋(píng)果芽變品種展現(xiàn)出短枝型、著色和成熟期等優(yōu)良性狀，但對(duì)蘋(píng)果芽變的基因組基礎(chǔ)和短枝型芽變的致因變異認(rèn)識(shí)有限。

 

　　為解決蘋(píng)果高雜合度導(dǎo)致的變異檢測(cè)難題，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合Pacbio長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序數(shù)據(jù)、家系數(shù)據(jù)和Hi-C數(shù)據(jù)，構(gòu)建了完全定相的高質(zhì)量二倍體基因組。該基因組將絕大多數(shù)染色體組裝到T2T級(jí)別，并首次將富士的兩套染色體分別構(gòu)建為來(lái)源于‘國(guó)光’和‘元帥’的兩組單倍體基因組（Fuji_Ral和Fuji_Del）?；诖?，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于二倍體基因組的體細(xì)胞變異檢測(cè)流程，提高了序列比對(duì)質(zhì)量，降低了假陽(yáng)性，成功排除了品種間共享的雜合胚系變異干擾。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)，短枝型性狀存在于富士譜系的多個(gè)分支上，表明短枝型品種可能有不同的起源。主要短枝型品種在MdTCP11基因上游啟動(dòng)子區(qū)域存在一段167 bp的雜合序列缺失，與MITE轉(zhuǎn)座元件重疊，存在甲基化修飾。短枝型品種在該區(qū)域的甲基化水平較低，MdTCP11表達(dá)量顯著升高，MITE序列的缺失能增強(qiáng)基因表達(dá)活性。過(guò)表達(dá)MdTCP11導(dǎo)致蘋(píng)果株高降低，表明MdTCP11在短枝型品種節(jié)間發(fā)育中具有重要作用。

 

　　基于以上研究，研究團(tuán)隊(duì)已成功選育多個(gè)短枝型芽變品種優(yōu)系，其中‘豐富2021’優(yōu)系正在申請(qǐng)國(guó)家登記，并在陜西、甘肅和新疆等地試栽表現(xiàn)良好。在沒(méi)有灌溉條件的果園，短枝型品種嫁接抗性好的喬化砧木或半矮化砧木，成為實(shí)現(xiàn)樹(shù)體矮化的有效途徑，形成了喬化短枝型的中國(guó)式矮化栽培模式，已在生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用。短枝型品種短枝比例高、易成花結(jié)果，同化產(chǎn)物更多分配到果實(shí)中，顯著提高經(jīng)濟(jì)系數(shù)，是一種低消耗高產(chǎn)出的生態(tài)友好品種。

 

　　該研究成功組裝了富士蘋(píng)果T2T級(jí)別基因組，開(kāi)發(fā)了基于二倍體基因組的體細(xì)胞變異檢測(cè)流程，并構(gòu)建了74個(gè)富士芽變品種的高精度體細(xì)胞變異圖譜，為蘋(píng)果芽變品種選育和短枝型性狀遺傳改良提供了理論基礎(chǔ)。揭示了富士蘋(píng)果80余年芽變選種的基因組學(xué)基礎(chǔ)，解析了短枝型變異的遺傳學(xué)機(jī)制，為提高芽變選種效率和短枝型性狀遺傳改良提供了理論指導(dǎo)和基因資源。該項(xiàng)工作依托作物抗逆與高效生產(chǎn)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家蘋(píng)果改良中心和園藝科學(xué)研究中心等平臺(tái)完成，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國(guó)家級(jí)人才項(xiàng)目和學(xué)校“雙一流”學(xué)科群建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。

 

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