Plant Com | 北大现代农业研究院周军会/何航团队与上海交大连红莉团队在树莓糖积累研究中取得重要进展
DOI: 10.1016/j.xplc.2026.101849
2026年4月10日,北京大学现代农业研究院周军会团队、何航团队与上海交通大学连红莉团队在 Plant Communications 在线发表题为 Two telomere-to-telomere genome assemblies and comparative genomics reveal the conserved "toolkit" genes associated with sugar accumulation in Rubus genus 的研究论文。该研究通过构建蓬蘽(XMM)与大红泡(DHP)两个端粒到端粒(T2T)无缺口参考基因组,结合比较基因组学、转录组学、代谢组学及瞬时过表达与沉默实验,系统揭示了悬钩子属果实中糖转运蛋白相关基因RhSTP13、RhSTP7和RhMFS1协同调控糖分输入、输出与稳态的分子机制。
悬钩子属(Rubus)是蔷薇科重要浆果类群,包含740余个物种,兼具重要经济价值与科研价值。其果实富含多种活性成分,在营养、保健和药用方面潜力突出,但由于物种多样、基因组高度杂合且倍性复杂,现有基因组组装普遍存在碎片化严重、着丝粒和端粒区域不完整等问题,制约了果实风味等重要性状分子机制研究。针对这一难题,北京大学现代农业研究院周军会团队和何航团队合作,围绕悬钩子属高质量基因组组装及糖积累机制开展系统研究,为相关功能基因挖掘和分子育种提供了重要基础。
研究团队围绕悬钩子属果实糖积累这一关键性状,选取表型相近但成熟果实糖含量差异显著的两个材料——“蓬蘽”(XMM)和“大红泡”(DHP),整合ONT超长读长、PacBio HiFi、Illumina短读长和Hi-C等多种测序数据,成功获得两个端粒到端粒(T2T)水平的高质量参考基因组,基因组大小分别为213.53 Mb和218.26 Mb,BUSCO完整性分别达到99.18%和99.23%。实现了复杂端粒和着丝粒区域的高完整度解析,为悬钩子属基因组研究提供了重要资源基础。
在此基础上,研究人员结合比较基因组学、转录组和代谢组分析,系统挖掘悬钩子属果实糖积累相关的关键基因,鉴定出3531个差异表达基因和筛选出40个与糖分差异密切相关的候选基因,并重点解析了RhSTP13、RhSTP7和RhMFS1等糖转运相关基因的潜在功能。通过亚细胞定位、瞬时过表达和沉默等实验,研究团队进一步揭示了这些基因在悬钩子果实糖分输入、输出及稳态调控中的重要作用,提出了果实糖积累的分子调控模型。
图1 蓬蘽(XMM)与大红泡(DHP)从头基因组组装、比较基因组学与转录组学揭示悬钩子属果实糖积累候选“工具包”基因
此外,研究团队构建了悬钩子属数据库RubusDB(http://www.rubusdb.cn),整合了多套基因组、转录组以及34项表型数据,并提供BLAST、批量查询等基础分析工具,为悬钩子属资源保存、基因挖掘和功能研究搭建了开放共享的平台。
该研究不仅获得了目前最完整的悬钩子属T2T基因组资源,也从基因组到功能验证层面系统解析了果实糖积累相关“工具基因”的作用机制,为悬钩子属风味品质形成研究、优异种质创制和分子设计育种奠定了坚实基础。
北京大学现代农业研究院/潍坊现代农业山东省实验室周军会研究员、何航研究员与上海交通大学连红莉教授为该文共同通讯作者;北京大学现代农业研究院李晓鹏、韩先焱(北京大学现代农业研究院与中国农业科学院联合培养博士生)、刘守成助理研究员(现北京大学现代农业研究院与厦门大学联合培养博士生)、贵州植物园张群英研究员、官纪元助理研究员为该文共同第一作者。北京大学现代农业研究院郑孟卓、唐雅君博士、卞建新博士、李奎博士、王征东博士,上海交通大学许鹏博副研究员,中国农业科学院郑州果树研究所周厚成研究员,东北农业大学杨国慧教授为本研究做出了重要贡献,感谢北京大学现代农业研究院高性能计算平台提供的算力支持。本研究得到了山东省泰山学者项目、北京大学现代农业研究院院长基金、潍坊现代农业山东省实验室以及贵州省科技计划项目的资助。
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