染色体水平基因组组装揭示矮牵牛(Petunia hybrida)的进化特征与园艺价值

本研究针对矮牵牛(Petunia hybrida)基因组组装难题，通过整合PacBio长读长测序、Bionano光学图谱和Hi-C技术，首次完成其染色体水平基因组组装（大小1.25Gb，BUSCO评分99.8%），注释35,089个基因并揭示其与茄科作物（番茄、辣椒）的进化分歧。该研究为解析矮牵牛观赏性状的遗传基础及茄科植物染色体进化提供了关键资源。

　　

作为全球最受欢迎的园艺植物，矮牵牛(Petunia hybrida)不仅是花卉市场的明星，更是研究开花植物Asterid分支生物学特性的模式物种。然而，其独特的7条染色体基数（其他茄科植物多为12条）和低重组频率，使得基因组组装长期停滞在碎片化阶段。这种基因组信息的缺失，严重制约了人们对矮牵牛观赏性状遗传机制及其与番茄、辣椒等近缘作物进化关系的理解。

来自新西兰植物与食品研究所（The New Zealand Institute for Plant and Food Research Limited）的Ali Saei团队联合国际机构，在《Scientific Data》发表了首个染色体水平的矮牵牛基因组。研究人员采用多组学技术联用策略：通过PacBio长读长测序（平均读长8.9kb）结合Illumina短读长校正，利用Bionano光学图谱（N50 520kb）进行支架构建，最后通过Hi-C技术（300kb分辨率）将基因组锚定到7条假染色体上。特别采集了Ball Horticultural Company培育的近交系材料，确保基因组数据的代表性。

基因组组装质量验证
最终组装大小为1.27Gb，包含70.46%的重复序列（主要为Gypsy型LTR反转录转座子，占基因组29%）。通过BUSCO评估显示，98.4%的核心基因完整，染色体间Hi-C互作图谱清晰显示着丝粒位置（图1）。

比较基因组学发现
与番茄、辣椒的共线性分析（图2）发现：

1. 存在6,145个保守区域（>1kb，相似度>70%），但呈碎片化分布而非全基因组加倍模式
2. 同源基因主要富集在近着丝粒区域（图2b黑色箭头）
3. 通过四倍体检测工具quarTet定位的着丝粒区域与Hi-C互作热点吻合（表S1）

与近缘物种组装对比
与已发表的P. axillaris基因组（PRJNA689605）相比，本研究组装的1号染色体结构更准确（图4a），其两端28Mb/22Mb区域在Hi-C互作图中无异常信号（图4b-c），证实了组装连续性。

这项研究解决了矮牵牛基因组组装的三大历史难题：染色体基数差异导致的共线性断裂、高重复序列干扰、以及重组抑制区域的锚定。获得的35,089个功能注释基因为花色、花香等观赏性状的分子育种提供了靶点库。更重要的是，通过比较基因组学证实：茄科植物的12条染色体并非起源于类似矮牵牛的7条染色体祖先的全基因组加倍事件，这为理解双子叶植物染色体进化提供了新视角。研究团队公开了所有原始数据（NCBI PRJNA1156804），包括3.5Gb的Hi-C互作图谱和发育阶段特异的转录组数据，为后续功能基因组学研究奠定了坚实基础。