JGG | 花楸树种群进化和叶片“日灼”现象新见解
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花楸属 （Sorbus） ，隶属蔷薇科 （Rosaceae） ，其植物资源丰富，全世界约80余种。花楸树 （Sorbus pohuashanensis [Hance] Hedl.） ，又名百花花楸，是花楸属集叶、花、果为一体的乡土景观树种，具有极高的园林及生态价值，分布于西北、华北以及东北广大地区，主要分布于海拔800–2200米坡地或山谷林中。由于发掘力度不够，花楸属种间以及花楸树种群间的进化关系未被揭示，且花楸树引种到低海拔地区叶片出现“日灼”的原因尚未得到解析。
1月5日，北京农学院郑健教授团队联合中国农科院棉花研究所生物信息中心在Journal of Genetics and Genomics发表题为Genome sequence and transcriptome ofSorbus pohuashanensisprovides insights into population evolution and leaf sunburn response的研究论文，揭示了花楸属不同物种以及花楸树不同种群的遗传和进化关系，探究参与花楸树叶片“日灼”现象的关键调控基因和核心通路。
该研究通过PacBio三代测序和Hi-C辅助基因组组装，测序获得花楸树全长基因组序列，大小为660 Mb，定位于17条染色体，contig N50为28.2 Mb。基于该参考基因组，对收集到的22个花楸属样品进行重测序，通过系统发育和PCA分析，供试样品聚为G1（单叶）和G2（复叶）两类，聚类结果与叶型分类高度一致。G1比G2具有更高的核苷酸多样性，且G2起源于G1。基于SNP分析，发现一个花楸属新变异株R21是由花楸属单叶物种和复叶物种自然杂交产生。转录组分析鉴定182个参与调控花楸树叶片“日灼”现象的差异表达基因，发现类黄酮生物合成和HSP-HSF途径对防止花楸树叶片“日灼”现象形成发挥重要作用。这些研究结果为今后花楸树引种驯化和遗传改良提供基因信息资源。
花楸树种群结构、进化关系和日灼反应表型以及分子调控网络。A：22个重测序样品的系统发育进化树；B：G1和G2主成分分析；C：种群结构(K = 2 to 6)；D：连锁不平衡（LD）衰减率（R2）；E：R21、R03和R14进化关系；F：R21、R03和R14的杂合SNP比例；G：Chr01上R21的基因型组成（10–15 Mb）；H：不同阶段花楸树叶片日灼的表型；I：参与花楸树日灼通路关键基因的表达量热图； J：花楸树叶片日灼分子调控网络。
北京农学院园林学院硕士研究生赵冬雪，张炎讲师和山东省林草种质资源中心鲁仪增高级工程师为该论文共同第一作者。中国农业科学院棉花研究所生物信息中心范李强、张志斌、柴毛参与了该项研究。北京农学院园林学院郑健教授和中国农业科学院棉花研究所生物信息中心柴毛研究实习员为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金资助。该研究所用植物材料由国家林草种质资源库提供。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jgg.2021.12.009
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