近日，基因組所武志強(qiáng)課題組在《生物技術(shù)通報(bào)（aBIOTECH）》上發(fā)表了題為"The genomic and bulked segregant analysis of Curcuma alismatifolia revealed its diverse bract pigmentation " (點(diǎn)擊題目查看原文) 的文章,，對熱門新興花卉姜荷花的栽培品種“清邁粉”高質(zhì)量參考基因組進(jìn)行解碼,，并鑒定到調(diào)控姜荷花苞片顏色形成的關(guān)鍵基因，為解析姜荷花重要觀賞性狀的遺傳機(jī)理提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),。

姜荷花（Curcuma alismatifolia Gagnep.）又稱“熱帶郁金香”（Summer tulip）,、“暹羅郁金香”（Siam tulip），是姜科姜黃屬的新興熱門切花,，具有重要的藥用,、觀賞價(jià)值和市場應(yīng)用潛力。姜荷花的花序形狀獨(dú)特,，苞片顏色豐富多樣,，極具觀賞性，在中國和東南亞地區(qū)深受消費(fèi)者喜愛,。同時(shí),，姜荷花的花期長，可以從5月一直開放到11月份,，在夏季切花市場淡季具有獨(dú)特的優(yōu)勢,。目前，關(guān)于姜荷花的研究主要集中在栽培、育種,、種球貯藏及其采后保鮮和分子標(biāo)記開發(fā)等方面,。姜荷花品種主要來源于國外引種，國內(nèi)自主選育的姜荷花品種極少,，而隨著姜荷花市場的發(fā)展,，品種的培育成為了制約姜荷花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。作為姜荷花最重要的觀賞性狀,，苞片顏色受到育種家和研究者越來越多的關(guān)注,，因此，解析姜荷花苞片顏色形成的機(jī)制,，將為這種新的觀賞花卉的開發(fā)提供理論參考,，同時(shí)為姜荷花精準(zhǔn)高效的分子設(shè)計(jì)育種奠定基礎(chǔ)。

研究人員利用三代HiFi,、二代MGI和Hi-C數(shù)據(jù),，對姜荷花栽培品種“清邁粉”進(jìn)行了全基因組測序和組裝。姜荷花的基因組全長為994.07 Mb,，重復(fù)序列占75.84%,，共注釋到57,534個(gè)基因，Scaffold N50為57.51 Mb,。研究發(fā)現(xiàn)姜荷花與姜科植物姜大約在1,190萬年前發(fā)生了分化,，并經(jīng)歷了一次姜科共有的全基因組加倍事件。此外,，姜荷花不同類別重復(fù)基因具有不同的進(jìn)化命運(yùn),，其中串聯(lián)重復(fù)（TD）、近端重復(fù)（PD）和分散重復(fù)（DSD）基因?qū)Φ腒a/Ks比其他兩種重復(fù)基因類型（轉(zhuǎn)座重復(fù)（TRD）,、全基因組重復(fù)（WGD））的Ka/Ks高,，而Ks值較小，即姜荷花這3類重復(fù)基因的序列分化比WGD和TRD基因快,，受到了更強(qiáng)的正選擇,。且這3類重復(fù)基因富集在單萜生物合成和類黃酮生物合成通路，暗示這些基因復(fù)制事件可能與姜荷花物種形成有關(guān),。

圖1 | 姜荷花基因組

相比姜黃屬其他物種,，姜荷花的苞片顏色組成更為復(fù)雜，同一株苞片常常具有不同的形態(tài)和顏色,，以‘清邁粉’姜荷花為例,，通常其上部苞葉為粉紅色闊卵形不育苞片，下部為蜂窩狀綠色可育苞片,。同時(shí),，大多數(shù)姜荷花品種的不育苞片尖端還存在葉綠素沉著的綠尖現(xiàn)象,，因此其苞片顏色形成的背后機(jī)制極為復(fù)雜。研究人員利用清邁粉和具有純白不育苞片的品種“鄉(xiāng)村雪”的不同組織部位和發(fā)育時(shí)期進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,，確定了姜荷花產(chǎn)生不同顏色苞片的關(guān)鍵基因,，如調(diào)控花青素合成的F3'5'H、DFR,、ANS和相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子MYB和bHLH,，以及與苞片葉綠素合成相關(guān)的chlH和CAO基因。同時(shí)通過集團(tuán)分離分析法（BSA）定位到同樣的F3'5'H基因,，并結(jié)合姜荷花群體結(jié)構(gòu)分析,，發(fā)現(xiàn)姜荷花苞片顏色性狀在群體水平發(fā)生分化，其可育苞片和不育苞片的形態(tài)和顏色在不同品種間差異巨大,，部分品種具有形狀相似的上下部苞片,，其上下部苞片顏色也相似，而上下部苞片形態(tài)明顯區(qū)別的品種顏色性狀也存在差異,。這項(xiàng)工作為了解姜荷花苞片顏色形成的機(jī)制打下了基礎(chǔ),，并對培育具有豐富苞片顏色的姜荷花新品種起到重要的促進(jìn)作用,。

圖2 | 姜荷花花青素和葉綠素生物合成途徑基因

基因組所武志強(qiáng)研究員和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所朱根發(fā)所長為論文的通訊作者,。博士生廖雪竹、葉遠(yuǎn)俊博士和張曉妮博士為論文的共同第一作者,。該研究得到了農(nóng)科院青年英才計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)支持,。

原文鏈接：https://rd.springer.com/article/10.1007/s42994-022-00081-6

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