基因組所發(fā)布菊苣、苦菊,、牛蒡和雪蓮果參考基因組

2022-07-04 05:18:48來源：

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6月25日，《分子生態(tài)資源（ Molecular Ecology Resources ）》在線發(fā)表了基因組所樊偉團隊研究論文，題為“ The genomes of chicory, endive, great burdock and yacon provide insights into Asteraceae paleo-polyploidization history and plant inulin production ”。本研究首次組裝了菊苣,、苦菊、雪蓮果染色體級別的基因組,，并更新了牛蒡基因組,；明確了這些物種的分歧時間和近期多倍化事件；探討了 FAZY 基因與果聚糖聚合度的關系,。研究成果將推動果聚糖代謝分子調控網絡的解析與菊科植物基因組學基礎研究,。

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淀粉是被子植物中最普遍的儲能物質，常見的谷類,、豆類,、薯類等均含有豐富的淀粉，為我們日?；顒雍痛x提供能量,。植物中另外一種常見儲能物質為果聚糖,，主要存在于菊科,、禾本科、百合科等物種,。果聚糖在植物體內能夠調節(jié)滲透壓,、增強抗逆性；果聚糖不能被人體消化吸收,，卻能被腸道益生菌利用,，在食品健康行業(yè)中廣泛以低聚果糖制作代糖、以高聚果糖（菊粉）制作膳食纖維和益生元,，市場前景廣闊,。目前市場上的菊粉主要從菊苣根中提取，富含低聚果糖的苦菊,、牛蒡,、雪蓮果尚未充分開發(fā)利用。

除用作果聚糖提取外,，菊苣還是一種優(yōu)質牧草,，其肉質根避光培養(yǎng)長出的芽球為高檔蔬菜，口感鮮嫩,，微苦帶甜,；苦菊可炒食或涼拌，是清熱去火的美食佳品,；牛蒡藥食同源,，種子和根可入藥,，也可煲湯或制作牛蒡茶；雪蓮果又稱菊薯,，其塊莖為清脆爽口,、皮薄多汁、有保健價值的水果,。對這些菊科經濟植物開展基因組學研究,，能夠解析果聚糖代謝基因與調控機制，并促進它們的生物育種與改良,。

研究團隊利用PacBio CCS（HiFi）三代測序,、Hi-C染色質構象捕獲測序技術和自主開發(fā)的scaffolding工具EndHiC構建了菊苣、苦菊,、牛蒡）,、雪蓮果參考基因組。菊苣,、苦菊,、牛蒡、雪蓮果基因組序列總長分別為1.28 Gb,、0.89 Gb,、1.73 Gb和2.72 Gb，分別含有53,946,、63,781,、47,055、89,960個蛋白質編碼基因,。菊苣,、苦菊和牛蒡基因組主要是由40-45 MYA菊科祖先發(fā)生的全基因組三倍化（WGT-1）形成的；雪蓮果基因組是由WGT-1,、28-29 MYA向日葵超族發(fā)生的全基因組復制（WGD-2）和5.6-5.8 MYA獨有的WGD-3共同作用形成的,。

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圖1 | 菊科祖先的全基因組三倍復制WGT-1、向日葵科祖先的全基因組復制WGD-2和雪蓮果的近期全基因組復制WGD-3

大多數(shù)果聚糖代謝酶（FAZY）基因在菊苣,、苦菊和牛蒡基因組中為單拷貝,，而在雪蓮果基因組中存在兩個拷貝；菊苣中1-FEH基因拷貝數(shù)明顯增加,。在菊苣,、苦菊和牛蒡的肉質直根以及雪蓮果塊莖中所有 FAZY 基因及其轉錄因子基因 MYB17、MYB3,、MYB5 均表達,。果聚糖合成基因 1-SST 和 1-FFT 、分解基因 1-FEH I 和 1-FEH II 在基因組空間座位上彼此靠近,，有利于轉錄因子協(xié)同調控,。物種間果聚糖聚合度（DP）差異主要取決于1-FFT酶的底物選擇性,，通過AlphaFold2預測1-FFT酶蛋白空間結構并比較種間差異，確定了催化果糖基轉移反應的關鍵活性位點,，探討了果聚糖聚合度的影響因素和調控機制,。

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圖2 | 果聚糖合成分解酶基因和調控轉錄因子的拷貝數(shù)、表達量及基因組空間位置

本研究首次組裝了菊苣,、苦菊,、雪蓮果染色體級別的基因組，并更新了牛蒡基因組,；明確了這些物種的分歧時間和近期多倍化事件,；探討了 FAZY 基因與果聚糖聚合度的關系。研究成果將推動果聚糖代謝分子調控網絡的解析與菊科植物基因組學基礎研究,。

基因組所樊偉研究員為論文第一作者和通訊作者,，基因組所博士后王森、博士生王恒超,、碩士生王安琪為文章的共同第一作者,，該研究得到了中國農業(yè)科學院青年英才計劃、深圳市重點實驗室基金（ZDSYS20141118170111640）,、中國農科院科技創(chuàng)新工程支持,。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1755-0998.13675