【中药资源】Genome Bio 北京市农林科学院在蟠桃高质量基因组组装及其果形遗传机制研究方面的进展

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来源： iPlants

2021年1月5日， 北京市农林科学院谢华/姜全团队 在国际权威期刊 Genome biology 在线发表了题为“Genome structure variation analyses of peach reveal population dynamics and a 1.67 Mb causal inversion for fruit shape”的研究论文。该研究完成了国际首个高质量蟠桃基因组的de novo组装，并通过基于SV的全基因组关联分析，发现了一个1.67 Mb的杂合倒位与蟠桃果形共分离，该SV激活其上游的PpOFP2基因表达，负向调控果实纵向生长。研究证明了结构变异，尤其是Mb级别的结构变异，对植物生长发育起到重要影响，为解析农艺性状遗传基础提供了新的思路和指导方向。

栽培桃（Prunus persica (L.) Batsch）起源驯化于我国，现已成为世界各地的温带和亚热带地区广泛种植的重要果树作物，全球年产量超过2000万吨。果形圆/扁是桃果实最重要的外观品质之一，受6号染色体上S位点控制，此位点果形决定基因一直是研究热点

针对这一问题，基于PacBio和Illumina测序技术，完成了我院培育的蟠桃品种“瑞油蟠1号”高质量基因组de novo组装（Contig N50高达11.5 Mb）结合各主要产区的桃品种高深度重测序数据进行了准确的结构变异检测，构建了高质量的结构变异图谱，鉴定了SV的热点区域，明确了SV在桃驯化和改良过程中受到强烈的选择清除和非编码区的偏好性选择；通过对比SNP，InDel和SV的全基因组关联分析，发现了一个1.67 Mb的杂合倒位与蟠桃果实扁表型共分离；通过eGWAS方法，确定了该倒位与其上游的PpOFP2基因表达量显著关联，番茄转基因实验验证了该基因对果实纵向生长的负调控作用。基于该项研究成果，开发了用于桃育种果形早期检测的PCR引物，准确率达到100%，已申请国家发明专利。该研究为开展桃优异种质基因资源的挖掘、阐明桃重要农艺性状形成的遗传机制提供了重要资源和思路借鉴。

Fig. 1 Heterozygous genomic variants and other features across the RYP1 genome.

基于高质量的桃基因组和高深度的三代测序数据，整合三种SV检测流程，鉴定了桃基因组自身的杂合SV，发现桃基因组含有丰富的结构变异，且～9.68%的基因组区域和～6.88%的编码基因受到了结构变异的影响。

Fig. 4 A 1.67-Mb heterozygous inversion is the causal variation for flat fruit shape.

基于SV的GWAS分析，发现一个1.67 Mb的杂合倒位与果实扁表型共分离；PCR结果显示杂合倒位断点有缺失和插入变异，推测该杂合倒位来源于非同源末端连接（NHEJ）事件，与相邻SNP和InDel的连锁不平衡分析，明确了SNP和InDel与果形所表现出的显著关联可能是因为杂合倒位引起的重组抑制造成的。 利用eGWAS方法，对杂合倒位附近基因的表达量和杂合倒位进行关联分析，确定了杂合倒位与PpOFP2基因的显著关联；在番茄中异位表达PpOFP2显著抑制了果实的纵向长度；qPCR分析显示，蟠桃PpOFP2表达量在果实发育的全时期均显著高于圆桃。

Fig. 5 The 1.67-Mb heterozygous inversion caused flat fruit shape through upregulation of PpOFP2 expression.