迄今最大規(guī)模蓮基因組重測(cè)序完成

蓮屬于蓮科蓮屬，是被子植物中起源最早的植物之一。目前幸存的2個(gè)種分別是蓮與美洲黃蓮，蓮主要分布于亞洲，美洲黃蓮主要分布于北美洲及南美洲等地。自然界野蓮經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期馴化，部分分化為藕蓮、子蓮、花蓮等多種栽培類(lèi)型。通過(guò)對(duì)蓮基因組多樣性和遺傳機(jī)制的研究，可以更好地指導(dǎo)優(yōu)良品種培育，提升經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

近日，武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所研究員柯衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華大基因副研究員簡(jiǎn)建波團(tuán)隊(duì)在《植物雜志》在線(xiàn)發(fā)表了研究論文。該研究利用短讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)對(duì)296份蓮種質(zhì)資源進(jìn)行了重測(cè)序，涵蓋了來(lái)自廣泛地理分布的不同種、生態(tài)型及栽培蓮類(lèi)型，通過(guò)生物信息學(xué)分析獲得遺傳變異信息、群體結(jié)構(gòu)等群體遺傳學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)蓮起源與進(jìn)化、栽培蓮馴化研究提供了重要基因組學(xué)資源，也為蓮育種提供了新線(xiàn)索。

該研究對(duì)武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家水生蔬菜種質(zhì)資源庫(kù)中收集到全世界范圍代表性的蓮樣本進(jìn)行研究，包括4份美洲黃蓮、58份野蓮、163份藕蓮、32份子蓮和39份花蓮。研究發(fā)現(xiàn)亞洲蓮的比對(duì)率和覆蓋度都相對(duì)比較高，而美洲黃蓮相比要明顯低，比對(duì)率只有 92.21%，覆蓋基因組率僅有 81.34%。

經(jīng)過(guò)phylogenetic tree、PCA、structure和LDdecay分析，證實(shí)美洲黃蓮與蓮具有較遠(yuǎn)的遺傳距離，可劃分為兩個(gè)種。野蓮群體分析表明東北區(qū)域野蓮與長(zhǎng)江流域野蓮基因組差異小;東南亞野蓮分化為兩個(gè)類(lèi)群，分別與東北野蓮、云南野蓮聚在一起，表明東南亞野蓮群體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。遺傳多樣性分析表明，野蓮的多樣性從南到北呈下降趨勢(shì)，東南亞和云南地區(qū)野蓮多樣性高于長(zhǎng)江流域和東北地區(qū)野蓮，表明云南和東南亞地區(qū)可能為亞洲野蓮的起源中心。同時(shí)發(fā)現(xiàn)栽培蓮中的子蓮和藕蓮親緣關(guān)系較遠(yuǎn)且起源于不同區(qū)域的野蓮。

通過(guò)對(duì)栽培蓮進(jìn)行馴化選擇分析，子蓮馴化相關(guān)區(qū)域富集到的候選基因包括核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)加工、果糖和甘露糖代謝和泛素介導(dǎo)的蛋白水解等。藕蓮中主要富集在代謝途徑和次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成相關(guān)基因。藕蓮馴化選擇相關(guān)區(qū)域中包含13個(gè)壁相關(guān)的激酶基因，其中8個(gè)基因在2號(hào)染色體19.48～20.65Mb區(qū)間，可能與植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和細(xì)胞伸長(zhǎng)的過(guò)程相關(guān)。

該研究關(guān)注蓮的遺傳多樣性特征，深入解析了蓮的起源、進(jìn)化和馴化歷史，鑒定了其優(yōu)良性狀的遺傳基礎(chǔ)。研究中得到了大量的蓮基因組多樣性SNP標(biāo)記，對(duì)蓮分子育種具有重要指導(dǎo)意義。