八倍体草莓全基因组单倍型解析揭示着丝粒卫星序列的进化动态

本期推荐：昆明植物研究所朱安丹团队通过整合PacBio HiFi、Nanopore R10/Ultra-long和Hi-C等多组学数据，开发两步法整合组装策略，首次构建了八倍体草莓Fragaria × ananassa cv."EA78"（2n=8x=56）完全分型的参考基因组，揭示着丝粒卫星（147 bp）在50条染色体上的分布规律及6个新着丝粒（neocentromeres）的形成机制，为多倍体作物着丝粒进化研究提供重要范式。论文发表于《Genome Biology》。

　　草莓作为最年轻的驯化水果之一，其八倍体基因组（2n=8x=56）的复杂性长期阻碍着精准基因组解析。着丝粒作为基因组的"暗物质"，在多倍体物种中如何维持功能稳定性仍属未解之谜。昆明植物研究所朱安丹团队选择人工杂交获得的F₁个体"EA78"（亲本为"Albion"和"Aki-hime"），通过创新性研究策略揭示了着丝粒卫星的进化奥秘。

研究团队整合43.8 Gb PacBio HiFi、132.4 Gb Nanopore（含R10和Ultra-long）、105.2 Gb Hi-C及59.9 Gb Illumina数据，开发两步法组装策略：先以HiFi+Hi-C+Ultra-long构建骨架，再基于 trio-binning 信息重分配单倍型序列。最终获得父本（797.4 Mb）和母本（801.4 Mb）两套完全分型的基因组，N90达21-22 Mb，单碱基错误率<0.05%，填补了八倍体草莓高质量参考基因组的空白。

关键发现包括：1）染色体特征：鉴定到112个端粒中的106个（CCCTAAA重复），发现42.7%的转座元件（Copia占5.26%，Gypsy占14.17%）；2）着丝粒变异：在50条染色体上发现147 bp典型着丝粒卫星（type I），但1B_mat等6条染色体缺失该序列，FISH和CENH3-ChIP-seq证实其存在新型着丝粒（types II-IV）；3）进化动态：野生八倍体（F. chiloensis和F. virginiana）相比二倍体祖先F. vesca着丝粒显著扩张，栽培种中A亚基因组着丝粒长度增加最显著（p<0.05）；4）同源分化：着丝粒序列在同源染色体间相似性（ANI>90%）高于同祖染色体，但Chr5B-C等例外，支持F. vesca仅贡献A亚基因组的进化模型。

技术方法亮点：1）多平台测序数据整合（PacBio HiFi+ONT R10/Ultra-long+Hi-C）；2）开发两步法分型策略（Hi-C全局分型+trio局部校正）；3）草莓特异性CENH3抗体研制（基于8个同源基因设计抗原）；4）着丝粒卫星分类系统（基于147 bp单体聚类）；5）野生种基因组重组装（提升F. chiloensis等连续性）。

结果部分的核心发现：
◆ 基因组组装评估：HiFi+Hi-C模式分型错误率（0.041-0.052%）与trio-binning相当（0.034-0.037%），但后者在无家系信息时存在单倍型误分风险。
◆ 着丝粒特征：type I卫星与F. vesca同源性达97-99.9%，六条染色体携带新着丝粒（type II:146 bp；type III:158 bp；type IV分IV-1/IV-2亚型），CENH3富集区与卫星定位偏差揭示4C_mat染色体着丝粒重定位。
◆ 进化比较：栽培草莓着丝粒卫星拷贝数显著多于野生种，F. chiloensis的1D染色体双单倍型均携带type II卫星，而F. virginiana保留type I，表明种间分化前已发生着丝粒转换。

讨论指出：这是首个完全分型的八倍体草莓基因组，揭示着丝粒卫星在多倍化过程中的动态演化规律。发现着丝粒大小与卫星拷贝数显著相关（R²=0.94），且扩张现象与驯化选择相关。研究为解析多倍体减数分裂稳定性机制提供了新视角，建立的CENH3-ChIP-seq技术体系可推广至其他多倍体作物研究。

该研究通过创新基因组学方法破解了八倍体基因组的组装难题，建立的"EA78"参考基因组可作为草莓群体遗传学研究的新标准。未来需进一步探索着丝粒扩张对染色体稳定性的影响，以及单平台分型技术的开发。论文数据已存储于国家基因组科学数据中心（PRJCA015503），为后续研究提供重要资源。