HR|牛油果T2T参考基因组组装

科技 2024-11-15 22:27 北京

2024年4月22日，中国科学院西双版纳热带植物园在“Horticulture Research”上发表了题为“A telomere-to-telomere gap-free reference genome assembly of avocado provides useful resources for identifying genes related to fatty acid biosynthesis and disease resistance”的研究文章。

研究背景

牛油果是一种具备较高价值的亚热带水果，其果实脂肪酸含量高，特别是相对较高的不饱和脂肪酸含量，提供显著的营养价值，但病害的影响会导致其产量显著降低。之前的研究，已经初步组装了了牛油果基因组，但仍缺少对其基因组更加全面的表征，来解析牛油果的抗病机制和脂肪酸生物合成通路。

研究内容

为了组装高质量牛油果基因组，首先通过二代全基因组NGS测序产生的51.9Gb数据分析显示，基因组大小为864Mb，杂合率为0.637%。在此基础上，通过三代PacBio HiFi 70.9 Gb(82.1×)、ONT ultra long39.3 Gb(45.5×)和Pore-C 89.8 Gb(104.0×)数据进行了牛油果基因组的初步组装。在构建的12条染色体中7条没有间隙，而其余5条则通过三代测序数据进行进一步补缝。最终的牛油果基因组组装为841.6 Mb，包括12条无间隙染色体24个端粒。对数据质量进行进一步评估PacBio HiFi、ONT ultra long、NGS的总体比对率分别为99.55%、99.91%、97.86%；同时，自叶片、茎和果实RNA-seq的总体比对率均大于99.1%；LTR Assembly Index (LAI)指数为15.99、BUSCO结果为99.4%。利用EDTA注释基因组中的重复序列，对转座子进行分类得到了一个重复序列的文库。基于RNA-seq数据同源蛋白和从头预测的结果，获得了40629个编码基因的模型，这些基因以对称的模式分布在两条染色体臂上，而重复序列则集中在相对中心的区域（图1A）。根据拟南芥端粒重复序列鉴定牛油果中的端粒重复区，并通过FISH验证了端粒序列的准确性（图1C）。

为了寻找牛油果染色体上着丝粒的位置，通过迭代鉴定和聚类分析的方法，在相应的染色体着丝粒中共鉴定出12个染色体特异性着丝粒重复序列，大多数重复序列长度超过了1000bp。其中，7种重复序列及其相似，同源性和覆盖率分别超过了83.0%和98.7%，且总是以头尾相连的方式排列在着丝粒区（图2A,B）。其余的重复序列CSCR04、CSCR11和CSCR12以间隔排列，而相应染色体上的CSCR09和CSCR10相对较少，最后通过FISH验证了这些重复序列的真实性（图2C）。

为了分析牛油果中潜在的抗病相关NLR基因,分别在牛油果West Indian和Hass assemblies基因组中鉴定到了376个和230个NLR相关基因。这些NLR基因以簇状的形式分布在整个基因组中，系统发育分析显示，376个NLR基因可分为3个亚家族分别是CNL、TNL、RNL，其中CNL亚家族成员最多包含363个成员（图4A,B）。同时，对这些基因的表达的组织特异性进行了分析，这些NLR基因在茎中的总体相对表达水平高于叶片和果实，但一些基因在三种组织中均高表达（图4C）。

脂肪酸含量是影响牛油果营养和品质的关键性状，而脂肪酸的生物合成主要涉及两个关键的阶段分别是：从头质体中的脂肪酸生物合成和内质网中的三酰基甘油（TAG）的组装。通过序列比对和功能注释，鉴定出了128个与脂肪酸生物合成的相关基因，其中48个基因和80个基因分别与质体中从头的脂肪酸生物合成与内质网中(TAG)的组装相关。

评述

牛油果作为一种经济作物，其果实营养丰富，味道独特。但由于技术的限制，此前发表的牛油果基因组数据是不完整的，产生高质量的基因组数据是牛油果研究的必要条件。在这项研究中，作者使用了多种测序技术，成功组装了牛油果的T2T无间隙基因组。并对编码基因以及重复序列进行了分析注释，其中重复序列约占基因组的57.9%，并在这些重复序列中鉴定到了端粒、着丝粒区。同时，对抗病相关的NRL基因以及和脂肪酸生物合成通路相关基因进行了鉴定。这些结果，为牛油果相关性转的进一步解析以及品种的改良奠定了基础。

原文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhae119

评述：左权

编辑：兰浴倩

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