PNAS | 张体操/乔琴/雷家军等联合团队揭示草莓属遗传分化与演化动态

2021年10月26日，云南中医药大学 张体操研究员、云南大学 乔琴副教授、沈阳农业大学 雷家军教授、 薛莉博士以及西藏大学 拉琼教授等国内外联合团队， 对全世界草莓属二倍体野生资源起源演化和泛基因组学进行研究，结果以“ Evolutionary history and pan-genome dynamics of strawberry (Fragaria spp.)”为题在国际著名综合性期刊PNAS在线发表（https://doi.org/10.1073/pnas.2105431118）。这是张体操/乔琴联合团队继栽培草莓祖先种饭沼草莓研究发表在Nature Genetics（2020），青藏高原十字花科须弥芥和菥蓂适应高海拔特殊环境遗传机制研究发表在PNAS（2019）和BMC Biology（2021）之外的又一原创成果。

草莓是重要的蔷薇科小浆果，被誉为“水果皇后”，富含多种营养物质。草莓属(Fragaria spp.) 包含约25个种，具有多样的繁殖系统和自然倍性变异（2X、4X、5X、6X、8X、10X）。此外，草莓属植物具有独特的果实发育性状，且二倍体基因组较小（<300mb），易于生长和遗传操作，加上对人体健康的诸多益处，已成为基础和应用研究的重要模式植物。目前有多种草莓物种的基因组测序完成，多个近缘种的基因组可以为比较、进化和泛基因组学提供理想的研究系统，比如从属的水平研究< span="">自共同祖先分化以来基因组特征（共有或特有）的变化动态。该合作团队前期还对草莓属转录组系统发育（Frontiers in Plant Science, 2016）、西藏野生草莓资源（Genetic Resources and Crop Evolution, 2017）、西南黄毛草莓遗传多样性（Gene, 2021）、以及红花草莓花青苷合成（BMC Plant Biology, 2019; Frontiers in Plant Science, 2021）进行了一系列研究。

为了进一步深入研究该模式系统，团队利用单分子测序技术从头组装了多个二倍体野生草莓（饭沼草莓F. iinumae、东北草莓F. mandschurica、裂萼草莓F. daltoniana、五叶草莓F. pentaphylla、黄毛草莓F. nilgerrensis和绿色草莓F. viridis）的染色体水平基因组。文章首次构建了草莓属泛基因组及核心基因组、重建了重要物种的系统发育关系，预测了起源分化时间；通过对10个关键物种的128份种质资源进行重测序，解析了草莓属各物种的全基因组遗传多态性、遗传分化和种群演化动态历史，特别是冰期和高原隆升对草莓物种分化的影响；研究发现西藏草莓红白果生态型之间遗传分化较为显著；还检测了可能与不同草莓物种的果实颜色相关的MYB10基因的多次单碱基突变和种群内固定；通过群体遗传和形态分析，团队发现了一个二倍体新种——峨眉草莓（F. emeiensis Jia J. Lei）。 该研究为草莓的演化和资源利用提供了新的见解，包括草莓属泛基因组估计、系统发育和遗传分化，重要基因家族的演化动态，以及用于进一步研究的大规模基因组资源。

图1. 多种野生草莓比较基因组与系统发育研究。

图2. 主要二倍体野生草莓群体遗传分化与种群历史动态。

图3. 研究材料保存的草莓种质资源圃（上）；饭沼草莓基因组图谱与近缘种同义突变频率Ks分布（下）。

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