聯合研究揭示六倍體栽培燕麥的起源與演化

發布時間：2022-07-21 11:19 原文鏈接：聯合研究揭示六倍體栽培燕麥的起源與演化

　　燕麥（Avena sativa L., 2n = 6x = 42, AACCDD）作為谷物中最好的營養食品之一，因富含蛋白質、不飽和脂肪酸及可溶性膳食纖維而廣受消費者青睞。7月18日，Nature Genetics在線發表了題為Reference genome assemblies reveal the origin and evolution of allohexaploid oat的研究論文。該研究發布了栽培六倍體裸燕麥及其二倍體和四倍體祖先的高質量參考基因組（圖1），并探索了六倍體燕麥的起源與亞基因組演化（圖2）。該研究由四川農業大學、吉林省白城市農業科學院、中國科學院遺傳與發育生物學研究所以及四川大學等高校和科研院所合作完成。

　　項目組選擇來自裸燕麥起源中心的傳統地方品種“三分三”為材料，基于1028 Gb的三代超長序列，并使用650 Gb的二代數據進行校正，組裝了10.76 Gb的染色體級別的高質量燕麥參考基因組，其中contig N50（75.27Mb）、LAI（18.34）、BUSCO（99.44%）。為了更好地闡明六倍體燕麥的多倍化歷史，該研究對其最可能的祖先物種A. longiglumis（2n=2x=14，AlAl）和A. insularis（2n=4x=28，CCDD基因組）同時進行測序和組裝。與禾本科的比較基因組學分析發現，燕麥族和小麥族之間的分化發生在稻族形成之后，且基因組中存在大量染色體重排事件。

　　為了揭示六倍體栽培燕麥的起源與進化，科研團隊選擇能代表燕麥屬所有基因組亞型和不同倍性水平的物種進行基于全基因組重測序、轉錄組測序和葉綠體基因組測序，揭示了燕麥屬物種的網狀進化模式。現有的ACD基因組六倍體栽培燕麥是以Al/As基因組二倍體祖先為父本、CD基因組四倍體A. insularis為母本雜交加倍后形成的。

　　燕麥染色體結構變異的研究表明，六倍化后的同源交換在栽培燕麥基因組結構的形成中發揮了重要作用。同源交換主要發生在A和D亞基因組之間，且形成了類似馬賽克的染色體鑲嵌結構，這也是六倍體燕麥的A和D亞基因組起源問題存在爭議的重要原因。此外，C亞基因組相較于A和D亞基因組有更多收縮的基因家族，更低的純化選擇，更多的轉座因子，逆境下更少的表達基因，這表明六倍體燕麥中存在亞基因組優勢。

　　燕麥參考基因組可為基因定位和克隆提供重要參考。研究人員在六倍體燕麥的三個亞基因組中鑒定了1269個R基因。此外，研究對659份不同來源地的栽培燕麥的進行全基因組關聯分析，鑒定到控制燕麥皮裸性狀的關鍵候選基因satnudsfs4d01g00045。

　　研究工作得到國家燕麥蕎麥產業技術體系、國家自然科學基金、吉林省人才開發基金和吉林省科技發展計劃等的支持。