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Nat genet | 中国农业科学院与华中农大团队通过玫瑰的泛基因组分析发现玫瑰基因组广泛的结构变异,并推动了基于基因组学的育种

  • 2026-10-25 11:55:26
Nat genet | 中国农业科学院与华中农大团队通过玫瑰的泛基因组分析发现玫瑰基因组广泛的结构变异,并推动了基于基因组学的育种

Science Art专注TOP级综述或分子机制图配图

研究背景

玫瑰是极具经济价值的观赏花卉,广泛用于鲜切花、园林绿化与化妆品行业,全球市场规模庞大。现代玫瑰丰富的花型、花色、花香等性状,源于长期的种内和种间杂交,其中中国古老月季更是现代月季的核心祖先亲本,栽培历史超两千年,在玫瑰育种史上有着革命性作用,欧洲的高卢蔷薇等品种也贡献巨大。  不过目前玫瑰的基因组研究存在明显短板:已发表的参考基因组数量有限,难以全面挖掘蔷薇属庞大的性状多样性与基因组结构特征;泛基因组资源更是稀缺,无法完整解析该物种的全部遗传变异,尤其是结构变异对重要观赏性状的影响;同时玫瑰亚属的基因组演化、物种间基因交流,以及高卢蔷薇、法国月季等关键育种材料的亚基因组起源,都尚未研究清楚,这些都限制了玫瑰优良性状的开发与育种效率提升。  玫瑰属包含200多个物种,多数归属于玫瑰亚属,可细分为10个组,不同类群遗传差异显著。而结构变异比单核苷酸变异对表型的影响更大,能解释更多“缺失的遗传力”,构建覆盖多类群的泛基因组,是破解玫瑰性状遗传机制、推动育种升级的关键。

研究结果

该研究选取了覆盖亚洲、欧洲9个组的23份玫瑰材料,结合已发表基因组,构建了包含26份材料的玫瑰亚属泛基因组,完成51个高质量单倍型基因组组装,组装完整度、连续性与注释精度均处于高水平。  系统发育与基因渐渗分析显示,玫瑰亚属不同组间存在广泛的基因交流,尤其是与中国月季组相关的渐渗最为丰富,说明跨组杂交育种具备巨大潜力;中国月季组在约2000至5000年前经历种群扩张,其他组群种群规模则持续下降。对四倍体高卢蔷薇、三倍体法国月季的亚基因组分析证实,二者分别为AABB、AAB的异源多倍体起源,明确了其杂交亲本的亲缘来源,且亚基因组间无明显的整体表达优势偏向。  泛基因组共鉴定出超180万个结构变异,包括大量存在缺失变异、倒位和易位,并形成变异热点区域;还划分了核心、软性核心、非必需和特有基因集,核心基因更保守、表达量更高,主要参与基础生命活动,非必需基因则更多与环境适应相关。  研究还定位了多个关键观赏性状的调控基因与变异:持续开花性状与RcKSN基因的转座子插入、特定单核苷酸变异及3号染色体倒位紧密关联;重瓣性状由AP2L基因的转座子插入、缺失等不同变异调控,且蔷薇科植物调控重瓣的机制具有趋同性;花瓣变色则由CCD4基因主导,该基因能降解β-胡萝卜素,其启动子元件差异导致表达时期推迟,配合花青素合成基因的上调,最终让花瓣从橙变红。  总体而言,这项研究完善了玫瑰基因组资源,揭示了玫瑰亚属的演化规律与重要观赏性状的分子基础,为分子标记辅助育种、重新引入古老优良性状提供了核心数据支撑,有望推动玫瑰育种迎来新一轮突破。

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