豆科植物泛基因组分析揭示环境适应与驯化的分子机制

来自国际团队的研究人员通过构建九种豆科作物的高质量基因组，开展泛基因组(pangenome)分析，揭示了转座子(TE)扩增驱动基因组进化的新机制。研究发现冷/暖季豆科存在差异基因集扩张，鉴定出数百个影响种子重量等农艺性状的趋同选择基因，为豆科作物分子育种提供了重要资源。

　　

豆科植物在可持续农业中具有重要价值，但其适应性进化的保守机制尚未阐明。研究团队采用第三代长读长测序技术(de novo long-read sequencing)，完成了包括普通菜豆(common bean)、鹰嘴豆(chickpea)、豌豆(pea)等九种重要食用豆类的高质量基因组组装。

泛基因组(pangenome)比较分析发现：冷季豆科(cool-season legumes)与暖季豆科(warm-season legumes)存在显著差异的基因集扩张模式，特别是结瘤自调控相关基因通过基因新生(gene birth)和复制(duplication)发生特异性扩增。研究鉴定出数百个经历趋同选择(convergent selection)的关键基因，这些基因显著影响种子重量等农艺性状。

更引人注目的是，在基因稀疏区(gene-depleted regions)，转座子(transposable elements, TE)的串联扩增(tandem amplification)被证实是冷季豆科基因组增大(genome enlargement)的主要驱动力，同时参与调控元件(regulatory elements)的形成。该研究不仅阐明了豆科植物多样化的分子机制，其构建的基因组资源将为分子设计育种提供重要支撑。