近日，《分子園藝（Molecular Horticulture）》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）武志強(qiáng)團(tuán)隊(duì)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室傅小鵬教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研究的論文，題為“Haplotype-resolved genome assembly of the diploid Rosa chinensis provides insight into the mechanisms underlying key ornamental traits”。該研究組裝一個(gè)高質(zhì)量、單倍型解析的中國(guó)月季古老品種“赤龍含珠”（Rosa chinensis 'Chilong Hanzhu'）基因組，并揭示重要觀賞性狀遺傳改良位點(diǎn)，為加速月季的遺傳改良提供基因資源和新的見(jiàn)解。

月季因其艷麗的色彩和濃郁的芳香而成為全球切花生產(chǎn)中最重要的觀賞植物之一。通過(guò)種間雜交和種內(nèi)雜交，從8到20份種質(zhì)資源中培育出了近 35,000個(gè)雜交月季栽培品種，導(dǎo)致大多數(shù)月季栽培品種具有高度雜合性。這些育種親本中，中國(guó)月季四大老種：“月月粉”（‘Old blush’）、“月月紅”（‘Crimson China’）、“休氏粉暈香水月季”（‘Hume's Blush Tea-scented China’）和“帕氏淡黃香水月季”（‘Park's Yellow Tea-scented China’）貢獻(xiàn)了重要的遺傳信息。遺憾的是，迄今為止，已發(fā)表的月季基因組并未解析其單倍型基因組，導(dǎo)致部分重要的遺傳信息的遺漏，尤其是雜合位點(diǎn)區(qū)域。這不利于解析月季重要觀賞性狀的分子機(jī)理，限制了月季的育種改良。因此，探究中國(guó)古老月季單倍型解析的基因組的遺傳信息，有助于加速月季分子育種的步伐。

本研究結(jié)合二代、三代測(cè)序，組裝了中國(guó)月季古老品種“赤龍含珠”（Rosa chinensis 'Chilong Hanzhu'）（2n=14，雜合度值為2.57%）的兩個(gè)單倍型解析染色體基因組，該品種屬于“月月紅”（‘Crimson China’）系列，是月季育種史上重要的古老栽培品種之一。本研究鑒定了兩個(gè)單倍型之間的變異（1,605,616個(gè) 單核苷酸多態(tài)性（SNP），209,575個(gè)插入缺失標(biāo)記（indel））和表達(dá)模式。這些單倍型之間的差異將有助于分析月季重要性狀的調(diào)控機(jī)制。

圖 | 高雜合度“赤龍含珠”（Rosa chinensis 'Chilong Hanzhu'）單倍型基因組的遺傳變異

此外，本研究發(fā)現(xiàn)與“赤龍含珠”相比，“月月粉”中萜烯類(lèi)相關(guān)的基因家族發(fā)生了膨脹，這可能是“月月粉”花香主成分中，含有更多的萜烯類(lèi)物質(zhì)的重要因素。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析發(fā)現(xiàn)紅色和粉色花瓣中的花青素，其主要物質(zhì)分別為：矢車(chē)菊素-3,5-葡萄糖苷（粉色花），矢車(chē)菊-3-葡萄糖苷（紅色花）。而轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)證明 RcMYB114b 可作為花青素生物合成的激活因子，影響其花瓣中矢車(chē)菊-3-葡萄糖苷的積累，其等位基因啟動(dòng)子上存在多個(gè)indel和SNP變異，可能是影響啟動(dòng)子活性，控制花瓣顏色的主要因素。不僅如此，本研究還鑒定到RcANT1、RcDA1、RcAG1和RcSVP1等基因在高溫處理下調(diào)控花瓣大小和數(shù)量的變化中發(fā)揮著重要作用。綜上所述，中國(guó)月季單倍型基因組的解析和重要觀賞性狀候選基因的發(fā)現(xiàn)將為推動(dòng)月季分子育種奠定堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)。

圖 | 月季紅色及粉色花瓣的潛在花青素調(diào)節(jié)途徑

圖 | 高溫處理下“赤龍含珠”（Rosa chinensis 'Chilong Hanzhu'）花瓣數(shù)量和大小的變化

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所出站博士后張曉妮（現(xiàn)為佛山鯤鵬現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院副研究員）、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生吳全淑為論文的共同第一作者，基因組所武志強(qiáng)研究員與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室傅小鵬教授、Mohammed Bendahmane講座教授為共同通訊作者。基因組所與莫道克大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生蘭嵐、碩士生彭丹、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生關(guān)會(huì)林、基因組所科研助理羅凱晴以及華中農(nóng)業(yè)大學(xué)包滿珠教授也參與了本項(xiàng)工作。本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFD1000403 & 2021YFD1200205-03），佛山鯤鵬現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院?jiǎn)?dòng)經(jīng)費(fèi)（KIMA-QD2022004）、佛山鯤鵬現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院重大科研任務(wù)資助（KIMA-ZDKY2022004），以及中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年英才計(jì)劃的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s43897-024-00088-1