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IF=11.2 单倍型基因组组装需要多少数据量

花匠小妙招
2026-01-11 18:34

古人云：“一年之计在于春”，春天是赏梅探花的季节，不少地方在春始便已暗香浮动，红的妖娆，白的素雅，紫的神秘。可你知道这“紫气东来”到底是怎么来的吗？过去咱们只能“雾里看花”，靠猜！但是，猜来猜去，不如测一测！

接下来和小编一起了解下凌恩生物客户北京林业大学孙丽丹教授团队发表于一区《Plant Biotechnology Journal》期刊的这篇梅花基因组文章吧~

凌恩生物有幸为本研究提供测序和分析服务！

期刊：Plant Biotechnology Journal

影响因子：11.2

发表时间：2025.02

样本类型：梅花幼嫩叶片、盛开期花瓣以及花芽组织

Doi: 10.1111/pbi.14595.

一、研究背景

梅花（Prunus mume）是中国重要的观赏植物，其花色是育种的关键目标之一。紫色梅花因其独特的观赏价值备受青睐。然而，紫色性状的遗传机制尚不清楚。本研究通过对P. mume和P. cerasifera ‘Pissardii’的种间杂交品种紫色观赏梅花“美人梅”（Prunus mume ‘Meiren’）进行单倍型基因组测序组装，结果最终揭示了紫色花色相关的基因变异和调控机制。

二、实验设计

采集“美人梅”植株幼嫩叶片进行单倍型基因组测序（Illumina+PacBio+Hi-C），再采集幼嫩叶片（不同发育阶段颜色差异的叶组织：LS1-LS4）、花、茎、果肉（完全开花后的7、14、21、28、42、56、70、84天采集：FS1-FS8）作为实验样本进行全长转录组测序。

分析内容：首先组装基因组，然后通过‘美人’梅的组装得到的单倍型基因组以及其他 14 种植物进行比较基因组分析，寻找与紫色梅花性状相关的基因和遗传变异。

图单倍型基因组测序技术路线

三、实验结果

1、高质量基因组组装和单倍型染色体构建

研究构建‘美人’梅高质量的单倍型基因组（图1a,b）。该基因组大小为499.47 Mb，其中来源于P. mume的HaplotypeM（HM）为250.66 Mb，来源于P. cerasifera ‘Pissardii’的HaplotypeC（HC）为248.79 Mb，约95.42%的序列（476.61 Mb）锚定到16条染色体（图1c）。基因组注释共鉴定到42,985个等位基因通过共线性分析明确分型（HM:21,571; HC:21,414）。

图1 ‘美人’梅单倍型基因组组装

2、鉴定到与紫色性状相关的染色体倒位

本研究发现P. cerasifera ‘Pissardii’来源的HC单倍型1号染色体上存在1.8 Mb染色体倒位（INV）结构变异。通过构建'美人'梅×'香雪宫粉'的F1遗传群体，结合QTL定位分析确认该倒位与紫色表型呈现显著连锁（图2a）。利用断点特异性引物进行PCR验证及重测序数据整合揭示了INV与紫色性状的完全共分离规律。

图2 1.8 Mb大片段染色体倒位与紫色性状完全共分离

3、发现了与紫色性状形成的核心激活基因

本研究在结构变异区域内鉴定到包含6个MYB转录因子的基因簇，系统发育分析显示其属于调控花青素合成的关键进化分支S6。其中，位于倒位远端断点的PmMYB10.5b基因（MRMv1.1_01bG02178）呈现组织特异性ASE模式，在紫色器官中持续高表达（图3f-j）。综合其基因组定位与表达特征，该基因被确定为驱动紫色性状形成的关键调控因子。

图3 PmmMYB10.5b是花青素生物合成的核心激活因子

4、两个基因互作激活花青素生物合成

研究进一步通过多维度功能验证揭示PmMYB10.5b的核心调控机制，包括烟草瞬时表达系统、梅花毛状根遗传转化及拟南芥过表达体系、酵母双杂交实验、双荧光素酶与EMSA实验等一系列实验验证发现PmmMYB10.5b与PmbHLH3互作，激活花青素生物合成。

图4 PmmMYB10.5b基因促进花青素生物合成积累

5、紫色性状基因组起源

为阐明'美人'梅紫色性状的进化起源，比较基因组学分析发现INV导致MYB10.5启动子区域发生重排（图5a,b）。功能研究表明，倒位后的启动子在荧光素酶报告系统中显示转录活性显著增强（图5d-f），说明INV通过重塑启动子调控元件空间排布，建立了MYB10.5b的强效表达模式，最终驱动花青素生物合成通路的激活。