武汉植物园在野生番茄基因组研究方面取得新进展

　　

　　多毛番茄（S. habrochaites）和加拉帕戈斯番茄（S. galapagense）是栽培番茄的两种重要野生近缘种，具有多种优良的抗病抗逆性状，在现代番茄育种中应用广泛。解析多毛番茄和加拉帕戈斯番茄基因组，对充分挖掘其育种潜力和价值，促进番茄产业发展意义重大。 

　　近日，Horticulture Research 在线发表了中国科学院武汉植物园和康奈尔大学、浙江大学合作完成的题为“Chromosome-scale genome assemblies of wild tomato relatives Solanum habrochaites and S. galapagense reveal structural variants associated with stress tolerance and terpene biosynthesis”的研究成果。该研究完成了多毛番茄、加拉帕戈斯番茄的全基因组测序和分析，为番茄重要性状改良提供了新的理论依据和基因资源。   

　　该研究采用PacBio HiFi和Hi-C技术对多毛番茄（LA0407品系）和加拉帕戈斯番茄（LA0317品系）进行全基因组测序，组装出两个染色体水平的参考基因组，基因组大小分别是950.7Mb和859.9Mb。通过与栽培番茄Heinz 1706参考基因组的比较分析，在多毛番茄和加拉帕戈斯番茄中分别鉴定到336,319个和98,443个结构变异（structural variation, SV）。多毛番茄中插入（insertions）和扩张（expansions）SV相关基因富集于胁迫响应、防御响应、萜类化合物合成与代谢等，转录组分析显示其中122个基因参与低温胁迫响应。在加拉帕戈斯番茄中插入和扩张相关基因富集于防御响应、嘧啶核苷酸代谢和脂质代谢通路等。这些插入和扩张的特异序列可能与这两个野生番茄具有较高抗性相关。 

　　此外，该研究还通过对番茄中萜类合成酶基因家族（Terpene synthase genes, TPSs）的鉴定和分析发现，多毛番茄TPS-a亚家族发生了基因扩张，这可能与多毛番茄独特及多样化的倍半萜类合成相关。本研究还对5个已发表的栽培和野生番茄参考基因组开展了抗病基因类似物（Resistance gene analogs, RGAs）鉴定。这些结果为番茄萜类化合物合成和抗病育种提供了新的基因资源。 　  

　　中科院武汉植物园於晓芬博士和博士生曲明昊为该论文的共同第一作者。中科院武汉植物园高磊研究员、郭素敏博士、康奈尔大学Boyce Thompson Institute费章君教授为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目（32170395）、湖北省洪山实验室基金（2021hszd017）和中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室的资助。 

　　论文链接 

图1 多毛番茄、加拉帕戈斯番茄基因组

图2 多毛番茄、加拉帕戈斯番茄系统进化与结构变异