梨品种‘丹霞红’单倍型解析的端粒到端粒(T2T)基因组组装及其在果实品质研究中的应用

本研究针对梨属植物高杂合性和基因组资源不足的问题，通过整合PacBio HiFi长读长、Hi-C和二代测序技术，成功组装了红色优质梨品种‘丹霞红’的两个单倍型基因组（Hap1: 495.37 Mb，Hap2: 501.60 Mb），实现了17条染色体的无间隙端粒到端粒(T2T)组装。该研究为梨果实品质相关基因挖掘、多组学分析（如比较基因组学、转录组学和等位基因表达）提供了高质量参考基因组，相关成果发表于《Scientific Data》。

　　

梨作为全球重要的经济果树，其栽培历史可追溯至3000年前的中国西南地区。然而，梨树的长幼年期、自交不亲和性及高杂合度特性，给功能基因挖掘带来巨大挑战。尽管已有多个梨基因组被公布，但缺乏单倍型解析的高精度基因组资源，限制了等位基因特异性表达和果实品质相关机制的研究。

为解决这一问题，中国农业科学院郑州果树研究所等单位的研究人员选择中国北方特色红皮梨品种‘丹霞红’（Pyrus L.），通过多组学技术构建了首个单倍型解析的T2T无间隙基因组。研究发现两个单倍型（Hap1和Hap2）分别包含39,936和39,707个蛋白编码基因，重复序列占比达62%，其中长末端重复序列(LTR)占比最高。基因组共线性分析揭示了显著的等位基因变异，为红皮性状和风味形成的分子机制研究奠定基础。该成果发表于《Scientific Data》，为梨属植物功能基因组学研究提供了里程碑式资源。

关键技术方法
研究团队从‘丹霞红’嫩叶中提取DNA，采用PacBio Sequel II平台生成60.21 Gb HiFi数据（N50 17,260 bp），结合ONT超长读长（34.01 Gb）和Hi-C数据（63.43 Gb）进行组装。使用Hifiasm软件完成单倍型分型，通过Hi-C交互热图（

）辅助染色体挂载，经Merqury评估基因组质量值(QV)达40.65。

研究结果

1. 基因组特征
   Hap1和Hap2分别包含17条无间隙染色体，contig N50达28.97 Mb和29.32 Mb。通过植物端粒重复序列(CCCTAAA)_n
   鉴定出34个完整端粒，结合串联重复分析定位17个着丝粒区域（

   
   ）。

2. 基因注释
   通过同源预测、转录组辅助和从头预测三种策略，注释出约4万个蛋白编码基因，其中98%在NR、Swiss-Prot等数据库获得功能注释。Gypsy和Copia型反转录转座子占重复序列的61%（

   
   ）。

3. 比较基因组学
   与‘云红1号’基因组的共线性分析（

   
   ）显示，Hap1和Hap2之间存在大规模倒位变异，这些结构变异可能与果实颜色和风味分化相关。

结论与意义
该研究首次实现了梨基因组的单倍型解析T2T组装，填补了等位基因特异性研究的技术空白。基因组中鉴定的LTR扩增事件为梨属物种进化提供了新证据，而着丝粒-端粒完整注释将助力染色体工程育种。Zhang Xiangzhan等提出的“基因组Syn可视化工具”为后续多组学整合分析建立标准流程。作为国际梨基因组计划的里程碑成果，这套资源将加速果实品质改良和抗性育种研究。