130条染色体？秋葵基因组被破译，为秋葵功能基因组学研究提供重要数据资源

编辑:中国基因网发布于:遗传基因2023-07-143448

黄秋葵（Abelmoschus esculentus）因其荚果形似手指，亦称“美人指”，是锦葵科一年生植物，营养价值很高，素有“蔬菜之王”的美誉。作为一种药食同源的蔬菜，秋葵在抗肿瘤、抗辐射、保护心血管系统和抗糖尿病等方面都有显著效果。尽管如此，由于其果荚富含粘性汁液，秋葵的口感总是黏糊糊的，让很多人望而却步。锦葵科是极为重要的经济作物，如棉属，其种子纤维是棉绒的主要来源。棉花与秋葵在植株形态、代谢物含量、多糖种类等方面存在显著差异；然而，造成这些性状差异背后的遗传机制仍不清楚。全基因组复制（Whole Genome Duplication, WGD）事件是基因组进化、物种形成与环境适应性的重要驱动力。前期研究表明锦葵科物种间染色体数目差异很大，说明锦葵科是研究WGD影响物种形成和进化创新的重要模式物种。

2023年6月，Horticulture Research上线了（Advance Access）河北大学杜会龙教授团队题为The genome of okra (Abelmoschus esculentus) provides insights into its genome evolution and high nutrient content 的研究论文。

图1 锦葵科广泛存在的全基因组复制事件与核型演化

该研究利用PacBio HiFi和Hi-C等技术解析了重要蔬菜作物秋葵的高质量参考基因组，并通过核型和Hi-C等分析首次确定了秋葵的130条染色体（2n=130）。结合kmer等分析，我们将秋葵基因组分成了为A/B两套亚基因组，与此前报道的多倍体特征相符。

系统发育分析表明，洋麻和木槿同秋葵在进化关系上最为接近。共线性分析表明亚基因组间存在大量染色体断裂、融合以及易位现象，部分解释了亚基因组间染色体数目差异。

通过锦葵科物种的WGD分析，研究人员发现秋葵共发生过四次WGD事件：一次为锦葵科共有；一次是秋葵、洋麻和木芙蓉共同经历；其余两次WGD均独立发生在秋葵中，秋葵与雷蒙德氏棉基因组1：8共线关系也进一步支持这一结论。

此外，研究人员发现此前木芙蓉中报道的最近的一次WGD事件应该是WGT事件，说明扩充基因组资源对于比较基因组学研究的重要性。利用现有的基因组资源，作者构建了锦葵科物种的系统发育关系以及进化历史。同时，根据双子叶植物祖先染色体核型对秋葵与其他锦葵科物种进行了核型演化分析，揭示了锦葵科物种广泛存在的WGD事件，并绘制了锦葵科核型演化图谱。秋葵相较于棉花独立发生了三次WGD事件，但二者基因组大小差异并不显著。除同源染色体外，亚基因组内部未发现大的同源区域，推测秋葵基因组发生了大量丢失，WGD事件后保留基因多与次级代谢产物生物合成有关，可能有助于提高秋葵抵抗生物和非生物胁迫能力。

另外，通过转录组与代谢组学联合分析，本研究还揭示了秋葵不同发育阶段基因表达与营养物质动态变化的关系。

综上所述，本研究解析了秋葵的高质量基因组，明确了锦葵科各物种的进化地位，系统地探究了锦葵科物种广泛存在的WGD事件，为锦葵科进化研究、秋葵功能基因组学研究及其品种改良提供了重要数据资源。