Nature plant-六倍体甘薯基因组揭示其六倍化的起源

甘薯（ Ipomoea batatas）：又名甜薯，旋花科薯蓣属缠绕草质藤本。甘薯营养丰富，富含淀粉、糖类、蛋白质、维生素、纤维素以及各种氨基酸，是非常好的营养食品。在大饥荒时代，作为耐贫瘠、耐干旱等逆境胁迫的粮食作物，甘薯曾经拯救过许多人的生命。莫言先生在其名著《蛙》中简有描述。作为基因组非常复杂的六倍体物种，其基因组一直困扰着基因组学研究者。8月21日，由上海辰山植物园（中科院上海辰山植物科学研究中心）和中国科学院植物生理生态研究所联合德国马克斯普朗克分子遗传研究所和分子植物生理研究所的科研团队在世界顶级植物学学术期刊《Nature Plants》上共同发表了题为“Haplotype-resolved sweet potato genome traces back its hexaploidization history”的重要论文。该论文对六倍体甘薯进行了全基因组de novo 组装并揭示了甘薯六倍体起源的奥秘，开创了多倍体复杂基因组组装和分析的先河，具有重要的意义。

论文研究内容简介

甘薯是世界第七大作物，也是中国第四大作物。据联合国粮农组织的公告，全球年产量从1965-2014年以来一直保持着一亿吨以上，为人类提供了重要的热量，蛋白质，维生素和矿物质来源。在饥荒年代曾挽救了数百万人的生命，成为中国粮食安全的重要组成部分。

甘薯因为其基因组较大（4.4Gb，单套染色体大小在700M到800M之间），而且是六倍体物种（2n=6x=90），杂合度也较高一直困扰着甘薯基因组研究人员。经过中外两国科学家联合攻关，基于二代测序的序列，利用一种全新开发的基于“单倍型”组装的策略，成功组装出六倍体甘薯基因组序列，组装出大小约为836Mb，scaffold N50为201Kb左右，利用甘薯和其近缘野生种（Ipomoea nil）之间的共线性关系，将75.5%的组装序列锚定在15个pseudochromosomes 上（图1）。

图1 甘薯基因组组装圈图

利用该参考基因组和全新的算法，成功将甘薯六倍体分开（B1B1B2B2B2B2），发现在甘薯的90条染色体中，30条是来源于其二倍体祖先种，另60条来源于四倍体祖先种。在50万年前，二倍体祖先种和四倍体祖先种之间发生了一次自然杂交后染色体加倍形成今天的栽培种雏形，这一发现明确了甘薯的六倍体同源和异源的争论和六倍体染色体起源问题，为甘薯功能基因组研究奠定基础。

图2 甘薯六倍体起源

小编评论

多倍体物种的组装一直是基因组组装的大难题，本文利用全新开发的多倍体单倍型算法，成功组装出六倍体甘薯的基因组，将成为多倍体基因组组装的典范！也为甘薯功能基因组研究奠定基础。同时，明确了甘薯这一复杂物种的倍型和染色体level的起源关系，为更精细的分子进化研究提供参考。

文献：

Yang J, Moeinzadeh M-H, Kuhl H et al., Haplotype-resolved sweet potato genome traces back its hexaploidization history. 2017, doi:10.1038/s41477-017-0002-z.

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