田纳西大学协助美国农业研究局完成植物新品种研发
田纳西大学协助美国农业研究局完成植物新品种研发
越橘属约有450种，其倍性有二倍体、四倍体或六倍体。蓝莓属于越橘属（Vaccinium）具有重要商业价值的水果，它起源于北美，目前在全球范围内均有种植，主要有高丛蓝莓（V.corymbosum L.2n=4x=48）、矮丛蓝莓（V.angustifolium,2n=4x=48）和兔眼蓝莓（V.virgatum,2n=6x=72）。通过人工培育产生许多性状优良的品种，其中，耐寒南高丛蓝莓由北高丛蓝莓和本地越橘属物种杂交得到。常绿蓝莓（V.darrowii，2n=2x=24）是位于北美的常绿野生灌木，其叶片小而厚实、植株矮小，是培育南高丛蓝莓耐低温品种的主要亲本。对常绿蓝莓的进行全基因组测序，解析常绿蓝莓对南高丛蓝莓基因库的贡献及其浆果发育的分子机制，有利于育种者加快新品种培育，促进品种开发的效率。
近日，Horticulture Research在线发表了美国田纳西大学与美国农业部农业研究局题为High-quality reference genome and annotation aids understanding of berry development for evergreen blueberry(Vaccinium darrowii)的重要研究成果。该成果完成了常绿蓝莓（V.darrowii）的全基因组测序，组装出了两套单倍型染色体水平的参考基因组，揭示了常绿蓝莓性状变异和浆果发育的分子机制。
本研究采用联合Illumina+PacBio+Hi-C测序技术对常绿蓝莓进行全基因组测序，并组装出染色体水平的两套单倍型参考基因组。初级单倍型基因组（Primary haplotype genome,PG）组装大小为582.67 Mb，其中97.07%的序列锚定到12条染色体上，次级单倍型基因组（Secondary haplotype genome,SG）组装大小为480.50 Mb，其中98.14%的序列锚定到12条染色体上。在PG和SG中分别注释了34,809和29,717个蛋白质编码基因。常绿蓝莓的重复序列占基因组的45.74%，且Gypsy/DIRS1和Ty1/Copia最丰富。
田纳西大学协助美国农业研究局完成植物新品种研发
PG的长末端重复（LTR）组装指数（LAI）为18.18，表明PG组装非常完整，达到了“参考基因组”质量。共线性和结构变异分析表明两套单倍型之间包含显著的结构杂合性和等位基因变异，这种特性驱动了常绿蓝莓的表型变异。四倍体高丛蓝莓（V.corymbosum）和二倍体常绿蓝莓（V.darrowii）的共线性分析显示两个基因组之间存在高度共线性；比较高丛蓝莓和常绿蓝莓的主要单倍型组装，发现了同源染色体之间存在内部重排；PacBio长reads的比对进一步证实了PG组装的基因排列顺序，从而印证了高丛蓝莓和常绿蓝莓染色体之间的重排。此外，在PG和SG中分别注释了249,757和233,087个sRNA（Small RNA,sRNA）位点和638个在浆果中表达的miRNA（Micro RNA）位点，其中，552个miRNA是保守的，86个miRNA是常绿蓝莓特有。
在PG组装中鉴定了328个与抗氧化活性相关的基因，表明抗氧化代谢和抗氧化生物合成相关基因在蓝莓生理过程中发挥重要作用，特别是调控浆果发育。常绿蓝莓浆果4个发育阶段的转录组分析表明，参与光合作用的基因表达发生了下调，而参与类黄酮和花青素生物合成基因的表达量在成熟后期显著增加。此外，比较高丛蓝莓和常绿蓝莓果实中花青素合成关键基因的表达模式，发现ANS、UFGT和OMT在着色阶段开始上调，并且表达水平在整个果实发育阶段持续增加。
常绿蓝莓全基因组测序的完成为耐寒南高丛蓝莓育种提供了高质量的二倍体参考基因组，弥补了由于四倍体基因组的复杂性对蓝莓育种产生的缺陷，为蓝莓育种提供了新资源和新方法。
田纳西大学Margaret Staton和美国农业部农业研究局Ebrahiem Babiker为该论文的共同通讯作者，田纳西大学Jiali Yu为第一作者，美国农业部农业研究局和北卡罗来纳州立大学的Amanda M.Hulse-Kemp也参与了本项目的研究。本研究在美国农业部农业研究局（USDA-ARS）（6062-21000-010-00-D；6066-21310-005-00D）的资助下完成。
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