高質量枸杞基因組被公開
2021年6月3日，Nature旗下期刊Communications Biology發表了寧夏農林科學院曹有龍研究員團隊與福建農林大學劉仲健教授團隊等合作完成的“Wolfberry genomes and the evolution of Lycium (Solanaceae)” 的重要成果。該成果對13個枸杞物種進行測序，通過基因組學分析闡明了茄科祖先形成的基因工具包,揭示了茄科自交不親和、草本與木本分化；枸杞開花調控、果實發育與多糖合成的分子機制，為茄科的進化及多樣性研究提供了新的視角。值得一提的是，該論文中“枸杞”以漢字形式出現在論文原文中。
茄科（Solanaceae）約有95屬近2300種，廣泛分布于世界熱帶和溫帶地區。其中辣椒、西紅柿、茄子、枸杞、馬鈴薯、煙草是世界重要的經濟作物。茄科枸杞屬（Lycium）約有80種，主要分布于亞洲、非洲、美洲以及澳大利亞的亞熱帶地區，而這種分布格局如何形成一直以來沒有定論。同時，與茄科（Solanaceae）西紅柿、馬鈴薯、煙草等其它物種相比，枸杞屬物種進化為木本灌木并適生于鹽堿和干旱地區。枸杞是研究茄科植物進化的關鍵物種，解析其基因組可為理解枸杞的成種機理、形態特征形成的分子機制和揭示茄科的進化提供依據。
因此，曹有龍研究員領銜的研究團隊以寧夏（紅）枸杞（L. barbarum）為重點，輔以黑枸杞（L.ruthenicum），選取了來自中國和南美、北美、中東等國家和地區的13個枸杞代表性物種進行基因組測序。為了克服枸杞基因組存在高雜合度影響組裝質量的難題，研究團隊成功地對寧夏枸杞進行花藥離體培養，建立了單倍體植株體系并進行基因組測序，獲得了contig N50 =10.75 Mb的染色體水平的高質量組裝，獲得了枸杞基因組基礎數據。在此基礎上，研究團隊通過基因組進化分析，構建了茄科系統進化樹，闡明了茄科物種形成的基因工具包（toolkit）。同時，研究發現枸杞經歷了全基因組六倍化事件，該事件與茄科現存物種共享且發生于茄科與旋花科（Convolvulaceae）分化之后。基因功能分析發現，枸杞存在自交不親和的染色體與關鍵基因，該基因調控枸杞配子體自交不親和途徑和維持二倍體枸杞的高雜合率。基因組比較分析揭示了枸杞木質素的合成途徑和調控基因,CAD-like基因和LAC-like基因的串聯重復是導致茄科木本與草本生活型分化的關鍵，而枸杞木本植株的進化是對鹽堿和干旱脅迫的適應；
MADS-box 基因功能分析闡明了調控枸杞的花發育和多年生開花的分子機理，其中FLC-like 基因的擴張調控枸杞的開花時間。同時，研究結果揭示了調控枸杞果實發育與成熟的相關基因的分子機制，以及枸杞果實中枸杞多糖（LBP）的生物合成通路，發現SWEET基因串聯重復調控枸杞多糖的生物合成。基因組結合轉錄組分析結果表明，R2R3-MYB-like基因和FACS-like基因分別調控枸杞果實花青素與胡蘿卜素合成，從基因組層面上解釋了枸杞紅色和黑色果實形成的分子機理。此外，生物地理分析揭示了枸杞的起源與擴散分布格局；枸杞起源于南美洲，擴散至非洲并成為亞洲枸杞的祖先，它從非洲擴散至中東再進入中國，最后擴散至北美。因此，北美的枸杞可能來自于東亞，而不是來自南美。
項目取得了多項創新性成果。它對于茄科和枸杞的起源、進化和多樣性形成的分子機制理解以及應用研究具有重要的科學意義。Communications Biology 對文章也予以高度評價，將“枸杞”的中文字首次刊印在文中，并對文章做了如下評論：Cao, Li, et al. sequence 13 perennial woody plant species of Lycium, and specifically provide a draft assembly of L. ruthenicum and a chromosome-level assembly of L. barbarum, the wolfberry or Goji berry. From a phylogenetic tree the authors identify an ancient hexaploidization event, and report the evolution of gene families including fruit ripening, fruit coloration, polysaccharide synthesis and self-incompatibility within Solanaceae and the general biogeography of L. barbarum.
寧夏農林科學院曹有龍研究員、李彥龍助理研究員、樊云芳研究員、比利時根特大學李臻博士和日本大成株式會社Yoshida Kouki博士為文章的共同第一作者。寧夏農林科學院曹有龍研究員、福建農林大學劉仲健教授、中國臺灣成功大學蔡文杰教授、日本琦玉大學葉顓明副教授以及比利時根特大學Yves Van de Peer教授為文章的通訊作者。中科院華南植物園、河北農業大學、日本國家先進工業科學和科技研究所、武漢大眾源生科技服務有限公司等單位的相關人員也參與了本項研究。本項目獲得寧夏農林科學院一二三產業融合發展科技創新示范項目（YES-16-04）、寧夏農林科學院科技創新先導資金項目（NKYG-14-15）、寧夏農林科學院自主研發項目（NXYG-13-18）和國家自然科學基金項目（31360360）等項目資助。
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