经典案例 | 首个埃塞俄比亚芥泛基因组发布，助力芸薹属作物改良育种

近期，华中农业大学植物科学技术学院作物遗传改良国家重点实验室在Plant Communications上发表了最新研究成果，构建了首个埃塞俄比亚芥泛基因组，还鉴定出了PSR关键基因BcaFUL.B7。

研究对具有不同植物结构和抗裂角性状的两份埃塞俄比亚芥材料(10167和C4012)进行了测序，组装的基因组大小分别为1071Mb和1074Mb，contig N50分别为26.7和24.3Mb，两个基因组都具有较高的BUSCO值(~99.6%)、比对率(~99.3%)和LTR值(>15)，与报道的大多数芸苔属基因组相当/更优。

重复序列占整个基因组的59%，其中LTRs最为丰富(26.0~29.1%)。研究人员进一步鉴定了埃塞俄比亚芥的着丝粒和端粒特异性重复序列，发现B^c基因组的着丝粒区域比C^c长。10167和C4012分别有102,334和103,866个蛋白质编码基因被注释，分别鉴定出了12336和13178个小RNAs。

研究人员基于两个新的基因组和先前发表的基因组构建了初步泛基因组，用GOGGs和BLAST共线性分析对4个埃塞俄比亚芥基因组序列进行了评估，并优先选择了最准确的C4012基因组作为参考。泛基因组的117,225个基因模型中有14,824个(12.65%)被添加到参考基因组中，除了4份完全组装好的埃塞俄比亚芥外，还对来自不同地区的82个具有代表性的材料进行了测序，并利用map-to-pan策略将其组装成最终的泛基因组，大小为2.52 Gb，核心基因共有88,307个(69.42%)。富集分析表明，核心基因参与脂肪酸延伸、糖酵解/糖异生和脂肪酸代谢，可变基因参与光合作用和亚油酸代谢中的碳固定。

为了验证该泛基因组的有效性，研究人员将已发表的266个QTLs与15个埃塞俄比亚芥农艺和种子品质性状相关的QTLs定位到该泛基因组中，还鉴定出了1820个与硫代葡萄糖苷代谢、脂肪酸生物合成、开花时间和抗裂角性状(PSR)相关的同源基因。

据报道，埃塞俄比亚芥相比其他芸苔属植物具有更高的PSR水平。以拟南芥中12个与抗裂角性状相关的基因为对照，在18个禹式三角芸芥品种的A、B、C基因组中鉴定出704个同源基因；在拷贝数方面，FUL最为保守，而埃塞俄比亚芥具有最多的FUL拷贝；研究者们共鉴定出了40个与PSR相关的表达基因，其中FUL在荚果中表达量最高；在其他芸苔属植物荚果中，SHP和MAN7的表达量最高。研究数据表明，SHP和FUL同源基因的表达变化可能导致了芸苔属植物PSR的差异。

为了确定PSR的关键基因，研究人员进行了BSA分析，并确定了B7上的一个主要QTL以及B2和B8上的两个次要QTLs，通过BSA和先前的QTL定位在重叠的主QTL区域内鉴定了一个FUL基因(BcaFUL.B7)，这一基因在荚果中表达量最高，共表达网络分析表明它是PSR的关键基因。此外，RNA-seq分析显示BcaFUL.B7在埃塞俄比亚芥C4012中显著下调，这可能是其抗裂角性较弱的原因。

研究人员在B亚基因组和C亚基因组中分别鉴定出了393和401个SV热点，进一步发现了8个埃塞俄比亚芥特有的大反转，还发现10167的BcaFAE1.C3被一个4.8kb的LTR/Copia元件插入所破坏，这会导致荚果中基因表达的显著下调和芥酸含量降低。