染色体水平欧薄荷二倍体未分型基因组组装及其在薄荷油性状研究中的意义

《BMC Genomic Data》：Chromosome-scale diploid unphased assembly of horsemint (Mentha longifolia)

本研究针对商业薄荷杂交种基因组组成复杂、精油性状难以预测的难题，完成了欧薄荷(Mentha longifolia)染色体水平的二倍体未分型基因组组装。通过PacBio HiFi长读长测序(105×覆盖度)和hifiasm组装，获得734 Mb的基因组(contig N50=30.5 Mb)，利用RNA-Seq数据注释获得205,350个转录本。该基因组为解析薄荷杂交种亲本基因组贡献及精油合成通路提供了关键工具。

　　

薄荷精油作为重要的天然香料，广泛应用于食品、医药和日化领域。然而，商业栽培的主要薄荷品种——留兰香(Mentha spicata)和胡椒薄荷(Mentha piperita)都是复杂的多倍体杂交种，其精油成分和风味特征难以预测。这主要是因为留兰香是苹果薄荷(Mentha suaveolens)与欧薄荷(Mentha longifolia)的异源四倍体杂交种，而胡椒薄荷则是留兰香与水生薄荷(Mentha aquatica)的二次杂交产物。这种复杂的基因组背景使得研究人员难以追踪特定性状（如薄荷醇或香芹酮合成）的遗传来源，限制了薄荷育种的精准调控。

为了解决这一难题，Lieberman等人在《BMC Genomic Data》上发表了题为"Chromosome-scale diploid unphased assembly of horsemint (Mentha longifolia)"的研究论文，报道了一个染色体水平的欧薄荷二倍体未分型基因组组装。该研究选择了一个与商业薄荷亲缘关系更近的欧薄荷克隆(PI 557755)，该克隆具有抗黄萎病特性，其精油富含反式胡椒酮氧化物(43.3%)、顺式胡椒酮氧化物(19.7%)和1,8-桉叶素(7.0%)。

研究人员采用PacBio HiFi长读长测序技术，获得了约105×共识覆盖度的3.2百万条高质量读长（平均长度16.4 kb）。使用hifiasm组装软件（去重复级别设为0）生成了包含346个contig的758 Mb初始组装，contig N₅₀达到30.5 Mb。通过与已发表的苹果薄荷染色体级别基因组进行比对，构建了28个超支架，总大小为734 Mb。其中10条染色体获得了两个完整的单倍型contig，另外2条染色体各获得4个部分contig。BUSCO评估显示该组装的完整性达97.5%。

在基因注释方面，研究团队利用来自多个薄荷物种（包括欧薄荷、苹果薄荷、水生薄荷、胡椒薄荷和留兰香）的49个RNA-Seq文库（总计19亿条150 bp双端读长），通过HISAT2比对和BRAKER3流程进行基因预测，获得了205,350个编码转录本，其中146,686个获得了功能注释。此外，还使用EDTA软件对转座元件进行了注释。

Data description

研究团队成功构建了欧薄荷的染色体级别基因组组装。该组装包含28个超支架，N₅₀为30.5 Mb，总大小为734 Mb。通过BUSCO评估证实了组装的高完整性（97.5%完整度）。基因注释产生了超过20万个转录本，其中约71%获得了功能注释，为后续基因功能研究提供了坚实基础。

Limitations

研究存在一定局限性：首先，注释基于49个来自不同组织的RNA-Seq文库，但某些组织特异性表达的基因可能未被完全捕获；其次，注释使用的转录组数据来自其他薄荷克隆，测序克隆特有的基因可能被遗漏；此外，约29%的注释转录本缺乏功能信息，可能是新基因或注释错误；最后，缺乏Hi-C等长距离互作数据，组装中可能存在单倍型切换现象。

这项研究的重要意义在于为薄荷育种提供了高质量的基因组资源。新组装的欧薄荷基因组与先前发表的苹果薄荷基因组相结合，为解析商业薄荷杂交种的基因组组成提供了关键工具。通过比较基因组学方法，研究人员能够追踪特定性状（如精油合成通路相关基因）在杂交过程中的遗传来源，为分子标记辅助育种奠定基础。此外，该研究中使用的PI 557755克隆具有抗病性和独特的精油成分，其基因组信息有助于挖掘抗病基因和精油合成关键酶基因，为薄荷品种改良提供候选靶点。

该基因组资源的公开可获得性将促进全球薄荷研究社区的协作研究，加速对薄荷精油合成分子机制的解析，最终推动薄荷产业的可持续发展。随着更多薄荷物种基因组的陆续发布，研究人员将能够构建完整的薄荷基因组图谱，全面理解薄荷多样性的遗传基础，为未来精准设计薄荷品种提供理论支持。