合作單位：中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所

文章標題：Haplotype-resolved chromosome-level genomeof hexaploid Jerusalem artichoke providesinsights into its origin, evolution, and inulinmetabolism

期刊名稱：Plant Communications

影響因子：10.5

研究對象：菊芋

測序技術：基因組測序、Hi-C測序

百邁客生物為該研究提供了基因組測序服務。

近日，中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所在植物科學期刊Plant Communications（中科院一區(qū)，IF=10.5）上在線發(fā)表題為“Haplotype-resolved chromosome-level genome of hexaploid Jerusalem artichoke provides insights into its origin, evolution, and inulin metabolism”的研究論文，構建了六倍體菊芋染色體級別參考基因組， 解析了菊芋基因組起源和演化過程，鑒定了所有菊粉代謝基因拷貝。

菊芋俗稱洋姜、鬼子姜，是原產北美、經歐洲傳入我國的“舶來品”。菊芋塊莖曾作為冬季腌菜在北方百姓餐桌上流行，如今主要用于生產膳食纖維和益生元等保健品或食品添加劑，也可作生物能源植物、青貯飼料。菊芋抗旱、抗寒、耐鹽堿、再生能力極強。菊芋基因組推測為同源異源六倍體（2n=6x=102），其基因組龐大且復雜，其種間雜交起源演化假說缺乏細節(jié)證據、爭議頗多。

本研究利用PacBio HiFi測序、Hi-C染色質構象捕獲測序技術，利用自主開發(fā)組裝算法EndHiC和其他復雜基因組組裝中積累的經驗和能力，參考同屬二倍體向日葵基因組、經過多輪人工校正組裝，最終完成了六倍體菊芋的高質量染色體級別組裝。參考基因組（去雜合，3x=51）大小為10.5 Gb，含有199,842個蛋白編碼基因，基因組大小和基因數目均為向日葵的3倍。

今天的菊芋基因組經歷了約4500萬年前菊科祖先發(fā)生的全基因組三倍化，約2900萬年前向日葵超族祖先發(fā)生的全基因組加倍，以及約2百萬年前菊芋與向日葵分化后發(fā)生的全基因組三倍化事件。同源染色體單拷貝直系同源基因的進化分析表明，最近的三倍化是菊芋二倍體與四倍體祖先發(fā)生的種間雜交和染色體加倍事件，故菊芋基因組包含了A1, A2、B三個亞基因組。除基因組多倍化事件外，向日葵屬內大規(guī)模染色體重排、轉座子活動、基因突變和人工馴化選擇等過程共同塑造了現在的六倍體菊芋基因組。

作為菊粉工業(yè)化生產作物，菊芋的菊粉代謝基因（合成酶基因1-SST與1-FFT、分解酶基因1-FEHI與1-FEHII）早已被克隆驗證，但每個基因僅克隆了1個拷貝。本研究基于菊芋全基因組序列，系統(tǒng)鑒定了包括已克隆拷貝在內的所有菊粉代謝基因，其中6個1-SST、6個1-FFT、3個1-FEHI和9個1-FEHII參與菊粉代謝，余下的拷貝已變?yōu)榧倩蚧騺G失功能，菊芋多倍化事件產生的多個菊粉代謝基因仍處在持續(xù)進化或功能分化過程中。

文章來源于植物代謝研究