我科學家主導完成全球首個梨基因組解析

　　由南京農業大學梨工程技術研究中心、深圳華大基因研究院、浙江省農業科學院等多家科研院所合作完成的碭山酥梨基因組研究成果于 11月 13日在《基因組研究》(Genome Research)上發表。全球首個梨基因組的成功解析及其基因組層面的功能研究將為培育高產、優質和抗病的新品種梨奠定堅實的遺傳學基礎，同時也為該物種的基礎生物學研究提供寶貴的資源。

　　在這項研究中，研究人員對碭山酥梨進行了全基因組測序，并組裝得到高質量的基因組圖譜。碭山酥梨基因組大小約為512Mb，共包含42812個蛋白編碼基因，其中28.5%的基因在表達的時候有多種剪切形式。

　　研究發現碭山梨基因組包含大量的重復序列，并具有高度多態性。正是由于其高相似性重復序列及高雜合度，常用的WGS(全基因組鳥槍法)測序組裝策略不適用于碭山酥梨基因組，因此，研究人員選擇了“BAC to BAC”的組裝策略。碭山酥梨基因組中重復序列約有271.9Mb，約占到全基因組的53.1%。與蘋果基因組比較發現，造成二者基因組大小差異的主要原因是轉座子含量的不同，而兩個物種基因區的共線性關系非常高。

　　在對梨與其他薔薇科植物的比較基因組及進化分析中，研究人員發現，梨與蘋果、草莓都經歷了14000萬年前雙子葉植物所共有的古六倍化事件，并發生了一次全基因組復制事件。之后大約在3000到4500萬年前，梨和蘋果又經歷了一次全基因組復制事件。而梨與蘋果的分化大約發生在540萬到2150萬年左右。此外，染色體進化研究表明，有九條祖先染色體不僅是蘋果亞科的起源，也是整個薔薇科植物的祖先。同時該研究還在梨基因組中共鑒定出396個與抗病相關的R基因，發現超過30%的R基因都富集在特定的基因組區域，表明抗性基因的進化可能與基因家族的串聯復制和分化相關。

　　梨基因組序列為梨屬植物的生物學研究提供了寶貴的新資源。在這項研究中，梨基因組及相關的轉錄組數據為揭示其石細胞形成、糖分積累以及香氣形成和釋放等重要生物學過程提供了重要的分子機理。研究發現，很多SFB基因在梨的S-基因座表現出串聯重復，這可能與其自交不親和性相關;木質素合成相關基因家族的大量擴張以及HCT、C3H，和CCOMT等基因家族的高表達使其累積了大量的G-木質素和S-木質素，木質素沉積進而促進石細胞形成;與山梨醇代謝途徑相關的S6PDH、SDH以及SOT基因家族的擴張在薔薇科植物更為明顯，這與糖分的累積相關，同時也再次證明了梨與蘋果的共同起源說。此外，α-亞麻酸代謝途徑與梨的香氣形成相關。

　　華大基因該項目負責人王志文表示：“梨基因組圖譜繪制工作采用了BAC to BAC的策略，這將為高雜合、高重復的基因組提供一個解決方案。該基因組的完成為薔薇科植物進化機制提供了更多的數據支持，同時有助于推動基于基因組的分子育種，培育出口感更佳的梨。”

　　相關連接

　　中國是梨屬植物的中心發源地之一，也是全球第一產梨大國，年產量約占世界總產量的60%以上。梨在我國分布非常廣泛，遍布大江南北，種植面積僅次于蘋果和柑橘，而且成為眾多梨產區國民經濟收入的重要支柱。但多年來梨的分子層面的研究相對滯后，從而限制了其功能基因的挖掘以及分子育種技術的發展，成為桎梏梨產業發展的瓶頸之一。具有500多年培育歷史的碭山酥梨(Pyrus bretschneideri)是目前中國及全球栽培面積最大的品種。