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为解决单一参考基因组无法捕获全部变异信息的问题，研究人员开展普通菜豆泛基因组研究。利用 683 份材料重测序数据，构建含 305 Mb 非参考序列和 10,452 新基因的泛基因组，揭示 PAV 与胁迫响应关系，为育种提供资源。
菜豆是重要的豆类作物，为人类提供蛋白质和营养。然而，长期地理隔离和不同驯化方向导致基因组存在大量变异，基于单一参考基因组的群体遗传分析难以捕获全部变异信息。普通菜豆（Phaseolus vulgaris L.）作为菜豆属中种植最广的品种，其不同品种间的遗传多样性研究对育种至关重要。在此背景下，开展泛基因组研究成为解决单一参考基因组局限性的有效途径。
安徽师范大学等机构的研究人员，针对普通菜豆的遗传多样性问题，利用 683 份普通菜豆地方品种和育种系的全基因组重测序数据，开展了泛基因组构建及相关分析。研究构建了包含 305 Mb 非参考重叠群和 10,452 个新基因的泛基因组，并对存在 - 缺失变异（PAV）、抗性基因类似物（RGA）、胁迫响应基因及通路间的互斥与共现关系进行了深入研究。该研究成果发表在《BMC Genomics》。
研究主要采用以下关键技术方法：首先从 NCBI 获取 683 份样本的全基因组重测序数据及多种生物和非生物胁迫相关的 RNA-seq 数据；利用 Fastp 进行数据质控，Megahit 进行基因组组装，通过 Nucmer 将组装结果与参考基因组比对，筛选出非参考序列；运用 RepeatModeler、RepeatMasker 等工具进行重复序列注释，结合 Augustus、Maker2 等进行基因结构预测和功能注释；通过 Bwa 将重测序数据比对到泛基因组，利用 HUPAN 的 Ccov 计算基因覆盖度以确定 PAV；借助 RGAugury pipeline 识别 RGA，并结合 QTL 定位分析其在抗病区间的变异；采用 DESeq2 分析差异表达基因（DEGs），运用 WGCNA 构建共表达网络；利用 Rediscover 计算基因 PAV 的互斥与共现关系。
泛基因组构建与 PAV 分析
研究通过对 683 份样本的基因组进行从头组装，去除参考序列并去冗余后，获得 305 Mb 非参考序列，预测出 10,452 个蛋白编码基因，使泛基因组总序列达 778 Mb，基因数达 38,577 个。根据基因在群体中的存在频率，将基因分为核心（11,290）、软核心（9,809）、壳（11,024）和云（6,454）基因。基于 PAV 构建的系统发育树与基于 SNP 的结果一致，表明 PAV 可用于品种关系分析。安第斯和中美洲群体的基因频率差异分析显示，安第斯群体中黄酮类合成相关基因频率较高，揭示了代谢性状的群体特异性。随样本量增加，泛基因组基因数持续增加，核心基因数减少，壳基因富集于多糖生物合成等结构域。
RGA 鉴定与 QTL 整合
泛基因组中鉴定出 1,902 个 RGA，其中 373 个位于非参考序列，372 个为可变基因，表明 RGA 在驯化和育种中经历大量得失。不同 RGA 家族保守性差异显著，如 RLK 基因大部分位于参考基因组，而 NL 类抗性基因核心 / 软核心基因数少于壳 / 云基因。在抗丁香假单胞菌菜豆致病变种（Pseudomonas syringae pv. phaseolicola）的 QTL 区间内，RGA 变异类型多样，基因丢失、无义突变等对基因功能影响显著，为候选基因筛选提供了依据。
蛋白酶抑制剂（PI）基因簇分析
在参考基因组中鉴定出 152 个候选 PI 基因，其中 10 个含组织蛋白酶前肽抑制剂结构域（PF08246）的基因在 11 号染色体 29.4-30.2 Mb 区间形成簇。与其他豆科植物的共线性分析表明，该基因簇在物种分化后形成。群体中该簇内多数基因缺失率低，但 PHAVU_011G131700g 和 PHAVU_011G132000g 在育种系中缺失率较高，提示其可能在抗虫抗病育种中具有潜力。
胁迫响应图谱
对 9 种生物和非生物胁迫的 RNA-seq 数据分析显示，基因表达具有器官、胁迫和保守性特异性。主成分分析（PCA）表明不同组织和胁迫类型的基因表达可明显区分，核心和软核心基因表达水平高，是胁迫响应的主要参与者。共表达网络分析鉴定出 14 个模块，其中多数模块具有器官特异性，如蓝色模块在叶和胚根中特异表达，富集于光合作用，且与壳基因相关。
通路中的 PAV 互斥与共现
基于 KEGG 注释，29,462 个基因被分配到 410 条通路。通路中存在大量基因 PAV，如苯丙氨酸代谢通路中过氧化物酶（E1.11.1.7）在非参考序列中有 60 个同源基因。通路内和通路间分别鉴定出 8,990 对互斥和 30,272 对共现 PAV，如类黄酮生物合成通路中存在互斥和共现关系，揭示了基因功能的互补与协同。
结论与意义
该研究首次构建了普通菜豆泛基因组，为其遗传研究提供了全面的基因组资源。研究揭示了 PAV 在群体分化、胁迫响应和通路功能中的重要作用，特别是 RGA 和 PI 基因的变异为抗病育种提供了新靶点。基因互斥与共现关系的发现为理解基因功能互补和协同进化提供了新视角，有助于深入解析复杂性状的遗传基础，推动普通菜豆的分子育种和功能基因组学研究。
