项目文章 | 华中农大联合深圳基因所组装康乃馨染色体级别基因组并结合多组学数据解析花色、花型和花香等重要性状调控密码

康乃馨（Dianthus caryophyllus）是石竹科石竹属多年生植物。因其花色绚丽，花型独特，香气馥郁，深受世界各地人民的喜爱，被称作世界‘四大切花’之一，具有极高的观赏价值和经济价值。

2022年3月5日，华中农业大学园艺林学学院傅小鹏研究团队，联合中国农业科学院农业基因组研究所（简称‘基因组所’）武志强研究团队，在国际著名学术期刊Plant Biotechnology Journal上发表了题为“Integrated multi-omic data and analyses reveal the pathways underlying key ornamental traits in carnation flowers”的研究论文。希望组在本文章中提供了基因组测序及Hi-C测序服务！

该研究首次组装了康乃馨染色体级别的基因组，并结合比较基因组，转录组，代谢组等方法，系统地研究了康乃馨基因组的进化，并对康乃馨的花色，花型和花香等重要观赏性状的分子机理进行解析，鉴定了参与这些性状形成的关键基因。本研究的开展为定向改良康乃馨的观赏性状，培育康乃馨新品种奠定了基础。

研究团队利用第三代ONT、二代Illumina和HIC技术，对康乃馨栽培品种‘斯嘉丽’（ D. caryophyllus, cultivar ‘Scarlet Queen’）进行了全基因组测序和组装。康乃馨（2n=30）的基因全长为636.30 Mb，重复序列占70.62%，共注释到43,925个基因，Contig N50 和Scaffold N50分别为14.67 Mb和38.55M。研究发现康乃馨与藜科在~64.07 MYA发生了分化，并经历了一次近期的WGT事件，这次加倍事件促进了康乃馨特殊香气丁香酚合成相关的基因的扩张。

图1.康乃馨基因组的组装与进化

基于本基因组，对康乃馨红边花瓣进行代谢组分析，发现天竺葵素的积累促使花瓣红边的成色，叶黄素和多个类黄酮物质的共同积累，促使花瓣基部成黄色；结合转录组分析，筛选到几个MYBs, bHLHs 和WRKY44等基因共同作用于ANS调控康乃馨复色的形成。同时，利用GC_MS以及转录组，对香石竹丁香酚在不同时期花瓣的积累过程进行解析，发现EGS基因存在外显子上的结构变异，其提前终止可能是康乃馨丁香酚丢失的原因。另外，研究发现康乃馨汇总A、C类基因的异位表达可能是影响重瓣型康乃馨形成的重要因素。

图2. 康乃馨花瓣花边颜色的形成

图3.潜在的康乃馨中丁香酚合成通路

 图4.康乃馨重瓣花形成的遗传机制

本研究为开展康乃馨重要观赏性状的调控和遗传改良提供了宝贵的数据信息和坚实的理论基础，对推动康乃馨分子育种育种具有里程碑式的意义。

华中农业大学博士张晓妮（现为基因组所武志强组博士后）为论文第一作者，华中农业大学傅小鹏教授和基因组所武志强研究员为共同通讯作者。该研究是在包满珠教授和BENDAHMANE教授全程指导和帮助下完成的。同时，该研究得到了国家自然基金、国家青年科学基金、深圳市科创委以及基因组所启动基金等的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/toc/14677652/0/ja

文章来源：植物生物技术Pbj公众号