宫川温州蜜柑单倍型分相染色体水平基因组与转录组研究

《Plant and Cell Physiology》：Haplotype-Phased Chromosome-Scale Genome Assemblies of Satsuma mandarin Uncover Structural and Transcriptional Divergence Between Parental Haplotypes and Structural Variations in Mutant Lineages

摘要

柑橘是芸香科中广泛栽培的作物，包含众多品种，其中温州蜜柑（Citrus unshiu Marc.）是日本栽培面积最广的品种。本研究利用PacBio HiFi测序、Omni-C支架技术以及结合亲本基因组（纪州柑（C. kinokuni）和坤农柑（C. nobilis））的三体分箱策略，生成了"宫川"温州蜜柑的高质量、染色体水平、单倍型分相基因组组装。该方法实现了亲本单倍型的完全分离。为获得准确的基因模型，我们对八种组织和多个发育阶段进行了长读长转录组测序，为每个单倍体基因组产生了全面的基因注释。对两个单倍型的比较基因组分析揭示了广泛的结构性分化、多重序列多态性以及富含长末端重复逆转录转座子的大片段插入/缺失。全基因组图谱分析及其共线性比较进一步鉴定了染色体特异性的序列多样性模式，为温州蜜柑单倍型的进化起源提供了新的见解。转录组分析揭示了两个亲本单倍型之间存在广泛的等位基因特异性基因表达和组织依赖性调控分化；值得注意的是，成熟果实组织表现出显著的单倍型偏向性转录，表明在果实成熟过程中，来自纪州柑和坤农柑的等位基因具有不同的贡献。此外，对芽变和核胚发生突变系的比较基因组分析揭示了单倍型特异性的变异模式，为无性繁殖过程中克隆柑橘品种中的突变积累以及核胚发生提供了见解。这一完全单倍型分相的基因组和转录组资源已集成在MiGD2（https://mikan.dna.naro.go.jp）中，为基因组辅助育种、功能和谱系特异性等位基因的鉴定以及日本柑橘品种中突变衍生变异的阐明提供了强大的基础。