首个茄子T2T基因组揭示跨组织花青素合成的关键调控机制

本研究针对茄子基因组组装存在大量缺口及复杂区域未解析的问题，通过整合ONT、PacBio HiFi和Hi-C技术，完成了首个无间隙且整合细胞遗传学验证的茄子T2T基因组（Smel HQ v2.0），并系统鉴定了SmeMYB转录因子家族，揭示了其在茄子不同组织花青素生物合成中的特异性调控功能，为茄子功能基因挖掘和分子育种提供了关键资源。

　　

茄子（Solanum melongena L.）作为全球重要的茄科作物，其产量在茄科蔬菜中位居第三。尽管截至2024年已有四个栽培种和两个野生种的基因组被发布，但这些基因组仍存在大量未填充的缺口，特别是在端粒、着丝粒等复杂区域。最近，Fang等人（2025）报道了首个端粒到端粒（Telomere-to-Telomere, T2T）茄子基因组（Smel NO211），但仍存在九个缺口，且其组装的12条伪染色体从未经过细胞遗传学染色体的验证。因此，构建一个完整、无间隙且经过细胞遗传学验证的T2T基因组对茄子的基因挖掘、功能研究、标记辅助育种及进化生物学研究具有重要意义。

为解决上述问题，研究人员以茄子自交系‘HQ-1315’为材料，采用多平台测序策略——包括牛津纳米孔技术（Oxford Nanopore Technologies, ONT）、PacBio HiFi和Hi-C技术——成功组装了首个无间隙的T2T茄子基因组（命名为Smel HQ v2.0）。该基因组总长度为1161.12 Mb，其中98.06%的序列成功锚定至12条染色体，contig N50达到53.47 Mb，BUSCO完整性评估为99.50%，共识质量值（QV）为43.67（对应99.99%完整性），显示出极高的组装质量和准确性。研究人员还通过计算预测了12个着丝粒的位置，并利用寡核苷酸荧光原位杂交（oligo-FISH）技术构建了基因组的细胞遗传学图谱，成功将12条染色体与细胞遗传学核型对应，验证了基因组组装的准确性。此外，研究还鉴定出端粒串联重复序列（AACCCTG/CAGGGTT）以及45S和5S核糖体DNA（rDNA）位点的分布。

与先前发布的茄子基因组（Smel HQ v1.0、Smel 67/3 v4.1）进行比较，研究发现Smel HQ v2.0在多个染色体上纠正了倒置和填充了缺口，并通过设计特异性oligo探针进行FISH实验验证了这些改进。例如，在1号和11号染色体上原被认为存在倒置的区域，经FISH验证发现Smel HQ v2.0的序列顺序是正确的；在4号染色体22-25 Mb区域，Smel HQ v2.0成功填充了一个在之前组装中存在的缺口。

在基因注释方面，Smel HQ v2.0共预测出35,004个编码基因，其中97.66%的基因在至少一个数据库中得到功能注释。此外，还预测了4,012个tRNA、7,713个rRNA、562个snRNA和297个miRNA基因。通过系统进化分析，发现茄子与非洲茄（S. aethiopicum）在约770万年前发生分化，且在茄属进化过程中有61个基因家族发生扩张，275个基因家族发生收缩。

花青素是决定茄子器官颜色的主要色素，其生物合成受到MYB转录因子家族的关键调控。研究团队在Smel HQ v2.0基因组中全基因组范围内鉴定了213个SmeMYB成员，包括104个R2R3-MYB、104个1R-MYB和5个3R-MYB蛋白。通过转录组测序，分析了这些SmeMYB基因在茄子不同颜色组织（包括果皮、花萼、茎、花和叶）中的表达谱，发现142、142、138、58和16个SmeMYB差异表达基因（DEGs）分别在茎、花、花萼、果皮和叶中表达。其中有8个SmeMYB基因在五个组织中均有表达。特别地，SmeMYB182在深紫色的果皮、叶、茎和花中表达显著较高，而SmeMYB175在深紫色花萼中高表达。此外，来自S4-S7和S9亚家族的SmeMYB165和SmeMYB91在茎中高表达，可能参与花青素的积累。通过qRT-PCR验证了10个可能与花青素合成相关的SmeMYB基因的表达模式，发现其中6个基因主要在花中表达，3个在叶中高表达，而SmeMYB33在花、茎、叶和果皮中广泛表达。

为促进茄子基因组数据的共享和利用，研究团队建立了一个全面的茄子基因组数据库（http://47.92.172.28:12068/Eggplant/home/index），整合了已发布的栽培种和野生种基因组数据，提供基因功能搜索、序列比对、共线性分析、数据下载、序列提取和引物设计等功能。

本研究成功组装了首个无间隙且整合细胞遗传学验证的茄子T2T基因组Smel HQ v2.0，系统解析了SmeMYB转录因子家族在茄子不同组织花青素生物合成中的调控功能，不仅为茄子功能基因组研究和分子育种提供了高质量基因组资源，也为理解茄科作物进化及花色苷代谢调控网络提供了重要依据。该研究成果发表在《Plant Communications》上。

主要关键技术方法包括：利用Illumina、PacBio HiFi和ONT平台进行基因组测序，通过Hi-C技术进行染色体挂载，使用quarTeT软件预测着丝粒位置，采用oligo-FISH进行细胞遗传学图谱构建和基因组验证，通过BUSCO和QV进行组装质量评估，利用转录组测序（RNA-seq）分析基因表达谱，通过qRT-PCR验证关键基因表达，并利用生物信息学工具进行基因注释、系统进化和基因家族分析。

研究结果包括：

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  成功完成Smel HQ v2.0基因组的无间隙T2T组装，其完整性和准确性显著优于以往版本。

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  通过FISH实验验证了基因组的细胞遗传学对应关系，并纠正了以往组装中的倒置和缺口。

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  全面注释了基因和重复序列，并分析了基因家族进化。

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  全基因组鉴定SmeMYB家族并分析其表达模式，揭示了其在花青素生物合成中的潜在功能。

研究结论表明，Smel HQ v2.0基因组的发布为茄子遗传研究提供了坚实的数据基础，SmeMYB基因的鉴定和表达分析为解析茄子花色苷合成的调控机制提供了重要线索，对茄子品质改良和分子育种具有重要指导意义。