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基因中心聯(lián)合深圳基因組所在六倍體菊芋基因組及其起源演化研究方面取得新進展
近日，基因中心聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所在植物科學(xué)期刊Plant Communications（中科院一區(qū)，IF=10.5）上在線發(fā)表題為“Haplotype-resolved chromosome-level genome of hexaploid Jerusalem artichoke provides insights into its origin, evolution, and inulin metabolism”的研究論文，構(gòu)建了六倍體菊芋染色體級別參考基因組，解析了菊芋基因組起源和演化過程，鑒定了所有菊粉代謝基因拷貝?；蛑行臑檎撐牡诙瓿蓡挝??；蛑行耐跎┦?、基因組所研究生王安琪和陳容為論文共同第一作者，基因組所樊偉研究員為論文通訊作者。
菊芋俗稱洋姜、鬼子姜，是原產(chǎn)北美、經(jīng)歐洲傳入我國的“舶來品”。菊芋塊莖曾作為冬季腌菜在北方百姓餐桌上流行，如今主要用于生產(chǎn)膳食纖維和益生元等保健品或食品添加劑，也可作生物能源植物、青貯飼料。菊芋抗旱、抗寒、耐鹽堿、再生能力極強。菊芋基因組推測為同源異源六倍體（2n=6x=102），其基因組龐大且復(fù)雜，其種間雜交起源演化假說缺乏細節(jié)證據(jù)、爭議頗多。
本研究利用PacBio HiFi測序、Hi-C染色質(zhì)構(gòu)象捕獲測序技術(shù)，利用自主開發(fā)組裝算法EndHiC和其他復(fù)雜基因組組裝中積累的經(jīng)驗和能力，參考同屬二倍體向日葵基因組、經(jīng)過多輪人工校正組裝，最終完成了六倍體菊芋的高質(zhì)量染色體級別組裝。參考基因組（去雜合，3x=51）大小為10.5 Gb，含有199,842個蛋白編碼基因，基因組大小和基因數(shù)目均為向日葵的3倍。
今天的菊芋基因組經(jīng)歷了約4500萬年前菊科祖先發(fā)生的全基因組三倍化，約2900萬年前向日葵超族祖先發(fā)生的全基因組加倍，以及約2百萬年前菊芋與向日葵分化后發(fā)生的全基因組三倍化事件。同源染色體單拷貝直系同源基因的進化分析表明，最近的三倍化是菊芋二倍體與四倍體祖先發(fā)生的種間雜交和染色體加倍事件，故菊芋基因組包含了A1, A2、B三個亞基因組。除基因組多倍化事件外，向日葵屬內(nèi)大規(guī)模染色體重排、轉(zhuǎn)座子活動、基因突變和人工馴化選擇等過程共同塑造了現(xiàn)在的六倍體菊芋基因組。
作為菊粉工業(yè)化生產(chǎn)作物，菊芋的菊粉代謝基因（合成酶基因1-SST與1-FFT、分解酶基因1-FEHI與1-FEHII）早已被克隆驗證，但每個基因僅克隆了1個拷貝。本研究基于菊芋全基因組序列，系統(tǒng)鑒定了包括已克隆拷貝在內(nèi)的所有菊粉代謝基因，其中6個1-SST、6個1-FFT、3個1-FEHI和9個1-FEHII參與菊粉代謝，余下的拷貝已變?yōu)榧倩蚧騺G失功能，菊芋多倍化事件產(chǎn)生的多個菊粉代謝基因仍處在持續(xù)進化或功能分化過程中。
本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、深圳市基礎(chǔ)研究項目、深圳市重點實驗室基金等多個項目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100767
六倍體菊芋參考基因組組裝與注釋
六倍體菊芋物種進化與基因組演化歷史
