群体特异性泛基因组揭示花生中油酸脂肪酸之谜：发现第三个AhFAD2C基因

《Nature Communications》：Population-specific pangenome unveils a third FAD2 gene and solves the peanut mid-oleic fatty acid mystery

本研究针对花生中油酸表型无法用传统AhFAD2A/AhFAD2B双基因模型解释的难题，通过构建PeanutMAGIC群体的特异性泛基因组，首次发现并验证了第三个FAD2基因AhFAD2C的存在。该研究不仅解决了困扰学界多年的中油酸表型遗传机制问题，更展示了群体特异性泛基因组在精准基因分型和性状定位中的显著优势，为作物品质改良提供了新范式。

　　

花生作为全球重要的油料作物，其种子油分中油酸含量是决定营养价值和经济价值的关键指标。高油酸花生（油酸含量>75%）因具有更长的货架期和更佳的风味特性而备受市场青睐。长期以来，科学界普遍认为花生油酸含量主要由AhFAD2A和AhFAD2B这两个脂肪酸去饱和酶基因控制，但育种实践中反复出现的中油酸表型（55%-75%）始终无法用这套经典的双基因模型合理解释，成为困扰花生遗传育种领域的"中油酸之谜"。

为破解这一谜题，由美国佐治亚大学、哈德逊阿尔法生物技术研究所等机构组成的研究团队在《Nature Communications》发表了突破性研究。研究人员创新性地构建了PeanutMAGIC多亲本群体的特异性泛基因组，通过高精度基因分型成功揭示了第三个FAD2基因——AhFAD2C的存在，并证实其与AhFAD2B在染色体上紧密连锁但可独立分离。这项研究不仅解决了长期存在的遗传机制难题，更展示了群体特异性泛基因组在复杂性状解析中的强大优势。

关键技术方法包括：利用PacBio长读长测序技术完成8个奠基亲本染色体级别基因组组装；基于Minigraph-Cactus流程构建群体特异性泛基因组；开发KhufuPAN基因分型流程获取463,273个泛基因组标记；结合气相色谱油酸表型数据进行全基因组关联分析（GWAS）；通过PacBio Kinnex长读长RNA测序验证基因表达差异。

基因组组装与泛基因组构建

研究团队首先对PeanutMAGIC群体的8个奠基亲本进行高质量基因组测序和组装，获得的基因组大小介于2,490-2,629 Mb之间，连续性（contig N50）显著优于参考基因组Tifrunner。基于这些组装结果构建的群体特异性泛基因组包含276万个变异位点，较传统单参考基因组标记数量提升近20倍，为精准追踪群体内遗传重组提供了坚实基础。

泛基因组标记揭示染色体重组模式

通过分析310个MAGIC Core株系的基因分型数据，研究成功鉴定出413,488个奠基者特异性标记。这些标记能够精确追踪染色体重组事件，揭示出花生基因组中存在显著差异的重组热点区域。特别值得注意的是，携带野生种A. cardenasii渗入片段的Chr.09在群体中呈现微片段重组模式，突破了传统育种中该区域难以重组的认知局限。

发现第三个AhFAD2基因及其功能验证

全基因组关联分析在Chr.19上AhFAD2B基因上游1.3 Mb处发现新的显著关联信号，经注释分析鉴定出第三个FAD2家族基因——AhFAD2C。与单参考基因组分析相比，泛基因组方法有效避免了Chr.05上的假阳性信号，并将Chr.19关联信号精确定位至真实功能基因附近。功能研究表明，AhFAD2C启动子区的C/T单核苷酸多态性（SNP）是影响油酸含量的关键变异，该突变可能通过调控基因表达水平发挥作用。

双亲本与多亲本群体比较研究

通过构建双亲本"S"群体的特异性泛基因组，研究发现AhFAD2B与AhFAD2C在该群体中呈现高强度连锁不平衡（r²>0.3），而在多亲本MAGIC群体中两者可独立分离（r²<0.2）。这一发现解释了为何此前基于双亲本群体的研究难以发现AhFAD2C的存在，凸显了多亲本群体在解析紧密连锁基因方面的独特优势。

AhFAD2C的育种应用价值

传统标记辅助选择（MAS）仅关注AhFAD2A和AhFAD2B基因型，研究发现6个双突变株系实际表现为中油酸表型，经证实系AhFAD2C野生型与突变型重组导致。进一步通过长读长测序验证发现，原判为中油酸的MG1404株系实为混系，其中26.94%单粒为高油酸基因型。这一案例凸显了将AhFAD2C纳入育种选择标记体系对保证品种纯度和育种效率的重要性。

这项研究通过群体特异性泛基因组方法成功解析了花生油酸合成的复杂遗传机制，发现了第三个关键基因AhFAD2C，解决了长期困扰育种实践的中油酸表型遗传难题。研究不仅为花生高油酸育种提供了新的分子标记工具，更重要的是建立了适用于复杂作物群体的泛基因组研究范式，对推进作物精准育种具有里程碑意义。随着测序技术和生物信息学方法的不断发展，群体特异性泛基因组有望成为作物遗传改良研究的标准工具，为保障全球粮食安全和农产品品质提升提供新动能。