「禾下乘涼夢，糧興千萬家」。農業創新和糧食安全一直是世界各國農業學者廣泛關注的重點方向。近年來，科學技術的飛速進步給農業發展和育種帶來了更多的可能性，基因組學技術聯合重測序技術在農業生產和分子育種中的應用逐漸嶄露頭角，為解鎖植物遺傳密碼提供了全新視角。利用基因組和重測序聯合分析手段揭示農作物生長的奧秘，助力優良品種的培育，打造更為豐盈的農業未來或是新的「藍海」。
本期，小編梳理了3篇基因組與重測序聯合分析的高分文獻，讓我們一起探索這一前沿技術如何助力農業學者在基因研究和育種中邁向新的高度！
01 泛基因組+重測序——水稻泛基因組
發表期刊：Cell（IF：64.5）
研究材料：33份水稻基因組數據+重測序數據+百份轉錄組數據
測序手段：PacBio三代數據、MGI二代數據
研究思路
主要內容
本研究中，作者搜集了31個高質量水稻基因組作為基礎資源，並結合兩個基因組的從頭組裝，創建了一個包括圖形基因組在內的大規模水稻基因組資源庫，以探討結構變異（SVs）和基因拷貝數變異（gCNVs）對水稻進化、馴化和改良的貢獻。研究發現了171,072個SVs和25,549個gCNVs，並利用組裝來推斷水稻種群中SVs的派生狀態。通過對SV形成機制、對基因表達的影響以及在亞群體中的分佈進行分析，揭示了這些資源在理解SVs和gCNVs如何塑造水稻環境適應性和馴化過程中的作用。
研究還基於圖形泛基因組進行關聯研究（GWAS），以識別與表型相關的基因變異，這彌補了僅使用SNPs或單一參考基因組時的檢測劣勢。該研究提供了豐富的種群資源，配合在線訪問工具，有助於水稻育種、植物功能基因組學和演化生物學的研究。總體而言，該研究為深入了解水稻進化和馴化的基因組變異奠定了基礎，對於農業、全球食品安全以及生物學和基因組研究都具有重要意義。
02 T2T基因組+重測序——西瓜T2T基因組
發表期刊：Molecular Plant（IF：27.5）
研究材料：1個高質量野生型西瓜T2T基因組+基於此品種經過EMS誘變的32個個體重測序數據
測序手段：PacBio三代數據、ONT三代數據、Illumina二代數據、Hi-C二代數據
研究思路
主要內容
本研究成功組裝了西瓜（Citrullus lanatus）優良自交系G42的高質量T2T基因組，G42基因組大小約369M，包含24,205個預測的蛋白編碼基因，所有11條染色體被組裝到0 Gap級別，具有較高的完整性和組裝質量。研究還通過花粉EMS誘變從G42獲得了超過200,000個M1種子。利用這一資源，研究確認了48個單基因表型突變，其中包括223個M1和78個M2變異體的形態學變化。
基於G42基因組的完整性，鑑定了8,039個來自M1和M2家系的變異，準確率達到100%。最終，通過這一基因組和突變庫，成功鑑定了導致果實形狀延長和雄性不育的兩個基因，均由單個鹼基變化從G到A引起。本文對西瓜的功能基因組學和遺傳改良提供了寶貴的資源，對基因功能的遺傳分析和西瓜的遺傳改良具有重要意義。
03 基因組+重測序——枸杞基因組
發表期刊：Plant Biotechnology Journal（IF：13.8）
研究材料：1個高質量枸杞基因組+307份重測序材料+563個注釋代謝物
測序手段：PacBio三代數據、ONT三代數據、Illumina二代數據、Hi-C二代數據
研究思路
主要思路
本研究組裝了1個約1.77 Gb的高質量染色體水平的枸杞基因組序列，具有50.55 Mb的contig N50。通過對307個重測序的枸杞進行變異圖譜的調查，揭示了這一基因組的遺傳變異。通過對枸杞果實代謝組進行分析，解析了563個已注釋的代謝物，成功區分了枸杞和非枸杞品種。研究發現，枸杞果實中黃酮類、香豆素、生物鹼和煙酸含量較高。
基於代謝物的基因組範圍關聯研究發現了156,164個顯著的單核苷酸多態性，對應340種代謝物，其中三種代謝物——黃酮類、甜菜鹼和亞精胺受到關注。推測LbUGT、LbCHS和MYB三個基因可能參與黃酮類的生物合成/代謝；LbSSADH可能參與甜菜鹼的生物合成/代謝。此外，發現了四種枸杞亞胺，與枸杞亞胺O相關的evm.TU.chr07.2680基因被注釋為乙酰輔酶A-苄醇乙酰轉移酶，可能是亞精胺生物合成的候選基因。這些結果為非枸杞品種的特定代謝物譜和黃酮類、甜菜鹼和亞精胺的生物合成/代謝的遺傳基礎提供了新見解。
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參考文獻
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[2] Deng Y, Liu S, Zhang Y, et al. A telomere-to-telomere gap-free reference genome of watermelon and its mutation library provide important resources for gene discovery and breeding. Mol Plant. 2022;15(8):1268-1284. doi:10.1016/j.molp.2022.06.010
[3] Zhao J, Xu Y, Li H, et al. Metabolite-based genome-wide association studies enable the dissection of the genetic bases of flavonoids, betaine and spermidine in wolfberry (Lycium). Plant Biotechnol J. Published online January 9, 2024. doi:10.1111/pbi.14278
