基因组文章|姜堀养殖研究2021单体型基因组

生姜是一种具有食用和药用双重功能的珍贵园艺作物。它不仅是中药的重要成分，也是重要的调味品。它在中国有着悠久的栽培历史。中国生姜种植面积、产量和出口量均居世界第一。长江中上游生姜总面积226万亩，占全国的49.7%，是推进乡村振兴的首选产业。生姜有宿根，根茎肉质丰满，含有多种营养成分。除蛋白质、碳水化合物、维生素和矿物质外，还含有姜酚、姜油、姜酚等生物活性物质。具有调味、抗癌、抗真菌、抗炎、抗氧化、抗血小板聚集等作用，是香辛料家族和药用植物家族的重要成员。姜酚是生姜特有的风味物质，也是生姜各种功能活性的主要功能因子，在调味品、化妆品和医疗保健等方面具有广阔的应用前景。虽然生姜在世界上具有显著的经济价值，但由于其有性繁殖困难、基因组庞大、杂合性高，相关的分子生物学和遗传育种一直停滞不前。此外，长期缺乏生姜的基因组信息，限制了我们对合成调控机制的认识，导致生姜分子育种发展缓慢。

最近，园艺研究在网上连续发布了两种不同生姜的基因组数据。分别是平顶山学院和北京林业大学植物遗传育种研究组题为“栽培生姜单倍型解析的基因组组装和等位基因特异的基因表达”的研究论文。以及重庆文理学院与西南大学合作的题为“嗜姜(姜官方)单倍型解析基因组及其独特的姜醇生物合成途径”的研究论文。

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平顶山大学植物遗传育种研究组等单位对我国重要传统生姜品种的单倍型基因组序列进行了分析，揭示了单倍型间的差异，推断了生姜高不育性的基因组基础，初步阐明了姜酚的生物合成途径，为后续的功能研究和分子设计育种奠定了重要基础。

本研究以我国首个获得农产品地理标志注册保护的生姜品种张良江为研究对象。据记载，“张两江”自汉代起已有2000多年的种植历史，现保存于河南平顶山市鲁山县张良镇。该品种有“姜中之王”的美誉，具有色泽深黄、麻辣清香、香味浓郁、丝滑浓郁、百煮不烂、久贮不烂的优良特性。

本研究利用先进的长阅读和长测序技术对“张两江”的单倍型基因组序列进行了分析。检测了两种单倍型间的遗传差异，推测了与生姜高配子败育率相关的结构变异区域。揭示了两个基因组间等位基因表达的差异可能与顺式调控区和编码区的序列差异、转座子的邻近效应和选择压力有关。在基因* * *表达网络分析的基础上，初步分析了姜酚生物合成相关的基因调控机制。

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重庆文理学院等单位的研究，破解了我国西南地区主栽品种竹根姜的基因组，利用短读码长度(369.51 Gb)、长读码长度PacBio(285.81 Gb)、Hi-C (563.5438+06 GB)等策略，组装出了两套竹根姜的优质单倍型。单倍型的基因组大小分别为1.53 Gb(重叠群N50: 4.68 M)和1.51 GB(重叠群N50: 5.28 m)，98.438+01%的序列锚定在22条染色体上(图65438)两种单倍型中PacBio阅读长度的重叠为97.95%和98.65438两种单倍型的Ka/Ks分析揭示了生姜在驯化的历史过程中经历了相似的选择压力。通过等位基因分析，两种单倍型中共有55，635个基因(占所有基因的72%)具有同源性。在生姜的17226个等位基因中，11.9%在转录水平表现出染色体偏好性(图2)。本研究发现生姜基因组的杂合度为3.6%，是目前报道的最高的植物基因组。高重复数，其中长末端重复数(LTRs)占665，438±0.06%，可能是其基因组大、杂合度高的主要原因，也是姜基因组进化的主要驱动力。姜等位基因在两种单倍型中的表达没有差异，65438和226个等位基因中有2055个(17+0.9%)在转录水平上表现出染色体偏好性。

通过整合基因组、转录组和代谢组学数据，构建了生姜特有成分姜酚的合成途径，筛选并鉴定了12个参与姜酚合成的关键酶家族(PAL、C4h、4Cl、CST、C3’H、C3OMT、CCOMT、CSE、PKS、AOR、DHN和DHT)。

作者简介

栽培生姜单倍型解析的基因组组装和等位基因特异表达

平顶山学院副教授、北林学院贾博士(现就职于山东省农科院)、刘辉博士、张(山东)基因科技有限公司)博士为第一作者。通讯员为北京林业大学副教授毛剑锋、比利时根特大学教授、比利时皇家科学院院士伊夫·范德皮尔。平顶山市农科院马爱初博士和于从文研究员也参与了研究。这项工作还包括来自瑞典乌梅莫大学、加拿大拉瓦尔大学、不列颠哥伦比亚大学、根特大学、比勒陀利亚大学和南京农业大学的合作者。本研究得到了河南省科技攻关、平顶山学院高层次人才启动基金等项目的支持。

二倍体生姜的单体型分离命名及其独特的姜辣素合成途径

这项工作由重庆文理学院牵头，长江大学、西南大学、华大基因共同完成。教授、吴林副教授、董照明副教授、蒋教授、蒋三杰博士为论文第一作者，教授、夏清友教授、简剑波博士、邹勇副教授为论文通讯作者。济南市第二农业科学院研究员李和高级工程师李庆志参加了研究。本研究得到了重庆文理学院生姜基因组重大项目和重庆市自然科学基金的资助。

文章链接:

栽培生姜单倍型解析的基因组组装和等位基因特异表达

/articles/s 41438-021-00599-8

二倍体生姜单倍型解析基因组及其独特的姜酚生物合成途径

/articles/s 41438-021-00627-7