近日，美國密歇根州立大學和加州大學戴維斯分校的研究人員組裝出近乎完整的栽培草莓基因組，并揭示了這種復雜的異源多倍體的起源和進化過程。
一轉眼又到了草莓上市的季節。這種小巧可愛的果實有著酸甜可口的味道，可搭配出各種各樣的美妙滋味。不過，對于草莓的基因組，你又了解多少？
世界各地廣泛種植的鳳梨草莓（Fragaria×ananassa）是一種有著八倍體基因組的復雜植物，由兩種野生的八倍體草莓雜交而成：弗吉尼亞草莓（Fragaria virginiana）和智利草莓（Fragaria chiloensis）。這兩種植物都來自四個二倍體祖先物種。
近日，美國密歇根州立大學和加州大學戴維斯分校的研究人員組裝出近乎完整的栽培草莓基因組，并揭示了這種復雜的異源多倍體的起源和進化過程。這項成果發表在《Nature Genetics》雜志上。
在這項研究中，研究人員利用了Illumina短讀長、PacBio長讀長以及10x Genomics單倍型定相數據的組合，并在Dovetail Hi-C染色體相互作用數據的幫助下進行組裝。由此產生的從頭組裝包含近108,100個預測的蛋白編碼基因，有助于人們了解草莓的系統發育和二倍體祖先植物。
“這個參考基因組可作為一種強大的平臺，供育種人員開發同源特異性的標記，以便追蹤和利用目標基因座上的等位基因多樣性，”作者總結道，并指出“我們預計，該參考基因組將大大加速栽培種鳳梨草莓的分子育種工作”。
研究人員從幼嫩的鳳梨草莓葉組織中提取出高分子量DNA，并制備文庫用于PacBio RSII和Illumina多個平臺上的測序。他們還獲得了10x Genomics Chromium和Dovetail Hi-C數據，綜合后生成805.5 Mb的基因組組裝，預計占草莓基因組的99%。
然后，他們利用現有的軟件、蛋白序列數據、表達序列標簽和10套轉錄組數據來注釋基因組，發現鳳梨草莓基因組中大約含有108,087個蛋白編碼基因和15,621個明顯的基因間長鏈非編碼RNA（lncRNA）。
研究人員還對數十種二倍體草莓的轉錄組進行了測序，以協助后續的系統發育研究。利用系統發育和基因轉換分析，他們探索了草莓中抗病基因的來源，特別關注核苷酸結合位點和富含亮氨酸重復序列（NBS-LRR）基因簇。
此外，研究人員指出，超過三分之一的草莓基因組組裝都由轉座元件（TE）序列組成，特別是長末端重復反轉錄轉座子（LTR-RT）。他們的結果表明，隨著TE密度的降低，基因表達上升，反之亦然，這表明TE密度在異源多倍體植物各個亞基因組間的平衡中起作用。
例如，他們發現來源于野草莓（F. vesca）祖先植物亞基因組的基因表達增加，其TE密度低于二倍體祖先日本草莓（F. nipponica）、綠色草莓（F. viridis）以及飯沼草莓（F. iinumae）。這似乎促進了顯性亞基因組所編碼的代謝通路，包括那些與草莓顏色、味道和香氣有關的代謝通路。
“通路分析表明，某些代謝組和抗病性狀在很大程度上受到顯性亞基因組的控制，”作者寫道，并指出“這些結果和參考基因組應當成為未來進化研究的有力平臺，協助實現草莓的分子育種”。