草莓因其色泽艳丽、香气浓郁、营养丰富而受到广大消费者的喜爱.但栽培草莓(Fragaria × ananassa,2n=8x=56)是具有4个亚基因组的异源八倍体,基因组高度杂合,因而分子育种的难度较大.高质量单倍型基因组解析将为鉴定调控栽培草莓重要农艺性状基因、加快草莓育种进程奠定重要基础.
近日,沈阳农业大学草莓研究团队在国际知名学术期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为 “A telomere-to-telomere haplotype-resolved genome of white-fruited strawberry reveals the complexity of fruit color formation of cultivated strawberry” 的研究论文.该研究组装了包括56条染色体序列的八倍体栽培草莓端粒到端粒(T2T)单倍型基因组,并解析了白果草莓品种‘初恋’果实颜色形成机理.
该研究以八倍体白果草莓品种‘初恋’为试材,通过整合PacBio HiFi、ONT、Hi-C以及Illumina测序数据,组装了‘初恋’草莓T2T单倍型基因组.该研究将‘初恋’草莓56条染色体分为两个单倍型Hap1和Hap2,其基因组大小分别为787.52 Mb和778.03 Mb,contig N50分别为27.92 Mb和26.45 Mb(图1a).该研究将‘初恋’与本团队2023年组装的栽培草莓品种‘艳丽’的单倍型基因组进行了比较,表明‘初恋’与‘艳丽’的单倍型基因组具有高度的相似性和共线性,同时二者也存在大量的结构变异,这些结构变异与果实颜色、果实硬度、植株抗病性相关联.
‘初恋’草莓的果肉呈白色而‘艳丽’草莓果肉呈红色,对‘初恋’和‘艳丽’的基因组进行比较分析,发现‘初恋’chr1-2-1上FaMYB10编码区8-bp插入以及chr1-2-2上FaMYB10编码区单核苷酸突变与果肉中花色素苷的缺失密切相关.在‘初恋’果实中瞬时过表达‘艳丽’FaMYB10基因导致‘初恋’果肉变红(图1b).栽培草莓是具有4个亚基因组的异源八倍体,不同亚基因组的基因存在表达差异.在‘初恋’草莓果实发育中,chr1-2上的FaMYB10是显性表达基因.遮光条件下,‘初恋’果皮颜色呈白色(图1c),光照条件下‘初恋’果皮中花色素苷含量增加与chr1-4上FaMYB10转录水平显著增加直接相关(图1d).此外,该研究发现‘初恋’chr1-4上FaMYB10基因启动子比其chr1-2上FaMYB10基因启动子包含更多的光响应、水杨酸和茉莉酸甲酯等元件,这可能是光照条件下‘初恋’果皮中chr1-4上FaMYB10高度表达的主要原因.上述结果将为栽培草莓比较基因组分析、多倍体物种亚基因组中基因表达模式解析以及果实颜色育种奠定重要基础.
图1‘初恋’草莓基因组特征及其花色素苷缺失表型
沈阳农业大学草莓团队带头人张志宏教授为该论文通讯作者,团队青年教师张俊祥副教授为论文第一作者,硕士研究生刘双、赵硕、聂宇欣参与了该研究工作.该研究得到了国家自然科学基金重点项目、辽宁省种质创新项目、沈阳中青年创新人才支持计划等项目的资助.
原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14479
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