中国农业科学院油料作物研究所花生遗传育种创新团队组装花生核心育种亲本中花5号基因组并全面揭示花生亚基因组不对称进化

花生 (Arachis hypogaea, AABB) 是全球重要的油料经济作物, 是典型的异源四倍体植物, 起源于二倍体祖先种A. duranensis (AA) 和A. ipaensis (BB) 的杂交与染色体加倍。在长期多倍化演化、环境适应与人工驯化过程中, 花生两套亚基因组逐渐形成复杂的不对称分化特征, 但其在表观修饰、染色质开放性及三维基因组结构等多个层面的协同演化机制仍缺乏系统认识。

近日, 中国农业科学院油料作物研究所花生遗传育种创新团队在JIPB发表了题为“High-quality genome of elite peanut cultivar ZH05 reveals subgenome asymmetry, pan-genome diversity, and breeding insights”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70308)。该研究完成了高产核心育种亲本中花5号 (ZH05) 的高质量参考基因组组装, 并结合多组学数据系统解析了花生亚基因组不对称进化特征, 同时构建了大规模花生泛基因组资源, 并对ZH05高产、高油相关遗传基础进行了分析, 为花生基因组进化研究与遗传改良提供了重要资源。

该研究首先完成了ZH05高质量染色体水平参考基因组组装 (图1A)。进一步整合转录组、DNA甲基化、ATAC-seq、Hi-C三维基因组及群体基因组学等多组学数据, 系统解析了花生A/B亚基因组在转座子扩张、DNA甲基化、染色质开放性、三维基因组互作及群体选择等多个层面的不对称演化特征。研究结果表明, A亚基因组整体具有更高的基因表达水平和染色质可及性, 而B亚基因组则表现出更高的转座子积累、更强的DNA甲基化水平以及更加稳定的三维染色质结构 (图1B, C)。此外, 研究整合1,200余份花生种质重测序数据, 构建了物种水平的大规模花生泛基因组, 新增849.82 Mb非参考序列及1.8万余个新基因, 进一步拓展了对花生遗传多样性的认识 (图1D–F)。基于ZH05构建的RIL群体及多年多点表型数据, 研究还鉴定了多个与种子大小和含油量相关的主效QTL, 为解析ZH05高产、高油形成的遗传基础提供了依据 (图1G)。

总体而言, 该研究提供了花生核心育种亲本中花5号高质量参考基因组, 并系统揭示了花生亚基因组多层面的广泛不对称性特征。相关研究成果与基因组资源不仅深化了对异源多倍体基因组演化机制的理解, 也为花生分子设计育种、优异种质创制及作物遗传改良奠定了重要基础。

中国农业科学院油料作物研究所廖伯寿研究员、雷永研究员和姜慧芳研究员为该论文共同通讯作者, 中国农科院油料作物研究所与华中农业大学联合培养博士生杨太桦为该论文的第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家花生产业技术体系、国家作物种质资源保护利用项目和中国农业科学院科技创新工程的资助。