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山东省果树研究所科研进展果树所樱桃创新团队完成了首个达到参考基因组标准的甜樱桃基因组组装工作

花匠小妙招
2025-05-09 01:30

甜樱桃（Prunus avium）是蔷薇科李属樱桃亚属的重要水果，因其成熟早、外观美、口感好，成为经济效益较高的果树树种之一。甜樱桃原产于里海和黑海地区，在我国的引种栽培已有149年的历史。自20世纪90年代起甜樱桃在我国开始大面积推广，主要分布在山东、辽宁、陕西、河南、河北、四川、北京等省市。我国育种家已经选育了40余个甜樱桃品种，但是相对于其他李属植物，如桃、杏、扁桃等，甜樱桃分子育种方面的研究较少，究其原因是因为高质量的甜樱桃基因组的测序组装工作一直没有完成。

甜樱桃基因组因其高重复率、高杂合性，一直难以完成，成为李属植物基因组测序的一个黑洞，国际上先后有多个研究组开展相关研究工作，最早的包括华盛顿州立大学发起的蔷薇科植物基因组计划，日本的Kazusa DNA Research Institute，法国的法国国家农业科学研究院，智利的安德烈斯贝洛大学等研究机构，先后开始了甜樱桃基因组的测序组装工作。但这些研究组的工作一直进展缓慢，仅2017年日本Kazusa DNA Research Institute研究所公布了日本主栽甜樱桃品种“佐藤锦”的基因组草图，其组装完成度和连续性在李属植物中是最低的。

在这种背景下，我院果树研究所刘庆忠团队，于2016年毅然启动了甜樱桃基因组测序工作。研究组首先开展了甜樱桃基因组的10X Genomic测序工作，试图解决甜樱桃基因组高重复率、高杂合性的难题，课题组在2018年初次完成了我国甜樱桃主栽品种“美早”的基因组草图，组装完成度相对于2017年日本科学家完成的“佐藤锦”基因组在连续性上提高了10倍，相关结果发表在Peer J上（数据已被GDR数据库收录）。但该基因组草图仍未解决甜樱桃基因组高重复性的组装难题，在高重复区域的解决上距离参考基因组仍有较大差距。2018年1月，法国科学家在世界动植物基因组大会上报告甜樱桃三代基因组测序初步组装工作，但是基因组数据没有发表。“明知山有虎，偏向虎山行”，研究组没有被眼前的困难吓倒，发扬‘只争朝夕’的工作作风，继续在甜樱桃基因组三代测序上发力，在2020年新冠疫情期间，课题组并没有被疫情耽误工作，反而获得重大突破，最终完成了甜樱桃基因组的组装和分析工作，于8月1日发表在Horticulture Research（园艺一区TOP）杂志上。

该研究完成了世界上首个达到参考基因组标准的甜樱桃基因组组装工作，组装质量可以媲美拟南芥、水稻、玉米的参考基因组，将大力助于李属物种比较基因组的研究，为后续甜樱桃品质改良的分子设计育种奠定了坚实的理论基础，为精准育种、靶向育种提供了方向。本研究主要在山东省现代农业产业技术体系果品产业创新团队建设项目、山东省果树生物技术育种重点实验室、山东省农业科学院农业科技创新工程、武汉理工大学自主创新基金等项目的资助下完成。