科研進(jìn)展
西北高原所在黑果枸杞基因組解析及果實(shí)顏色分化研究中取得新進(jìn)展
黑果枸杞（Lycium ruthenicum）是青藏高原特有的重要藥用植物，果實(shí)富含花青素，具有極高的抗氧化活性和藥用價(jià)值。自然群體中同時(shí)存在黑果、白果和紫果等不同果色類(lèi)型，但其遺傳關(guān)系及果實(shí)顏色分化的分子機制長(cháng)期缺乏基因組水平的解析。
中國科學(xué)院西北高原生物研究所青海省作物分子育種重點(diǎn)實(shí)驗室團隊，基于PacBio HiFi測序與Hi-C技術(shù)，成功組裝出2.37 Gb的黑果枸杞高質(zhì)量染色體級參考基因組（contig N50=107.9 Mb，BUSCO完整性95.6%），其中2條染色體達到端粒到端粒（T2T）水平。與已發(fā)表的同屬基因組相比，本次組裝在連續性和功能注釋上顯著(zhù)優(yōu)化，為后續變異挖掘提供了更加精準的參考。
基于全基因組重測序與系統發(fā)育分析，研究確認白果枸杞和紫果枸杞與黑果聚為一支，支持其亞種分類(lèi)地位。進(jìn)一步比較基因組學(xué)篩選到花青素合成通路的關(guān)鍵突變：bHLH轉錄因子AN1啟動(dòng)子區229-bp缺失。白果為純合缺失，紫果為雜合缺失。雜交群體分離比（黑：紫：白=1:2:1）符合單基因孟德?tīng)栠z傳模式，表明該缺失可能是果實(shí)顏色分化的核心變異。
功能驗證結果進(jìn)一步揭示了AN1在調控花青素合成中的重要作用。煙草瞬時(shí)表達表明,雖然AN1單獨表達無(wú)法誘導花青素，但AN1能夠提高AN2誘導花青素合成代謝的效果，說(shuō)明AN1具有調控花青素合成代謝的功能。轉錄組及qRT-PCR結果顯示，AN1在黑果發(fā)育后期（S5）顯著(zhù)上調（約99倍），白果中幾乎無(wú)表達；AN2在白果中雖強烈上調，但因AN1始終缺失，花青素合成通路整體受阻。酵母單雜交驗證表明，AN1啟動(dòng)子區229-bp缺失移除了3個(gè)保守的MYB結合位點(diǎn)，使AN2無(wú)法結合啟動(dòng)子，導致AN1轉錄失活，最終導致白果枸杞無(wú)法積累花青素。
本研究組裝了高質(zhì)量黑果枸杞基因組，首次在基因組水平系統解析了黑、白、紫果枸杞的遺傳關(guān)系，解析了果實(shí)顏色分化的分子機制，豐富了植物花青素合成代謝的調控理論，為枸杞新品種培育提供理論支撐。
相關(guān)成果以 The Near-Complete genome of Lycium ruthenicum shed light on the genetic mechanism of the fruit color differentiation ?為題，發(fā)表于 Horticultural Plant Journal （中國科學(xué)院1區 TOP， 影響因子6.2）。西北高原所梁云龍博士、湖南醫藥學(xué)院李世明博士為共同第一作者，青海大學(xué)樊光輝教授、西北高原所曹東副研究員和劉寶龍研究員為共同通訊作者。該研究獲得青海省分子作物育種重點(diǎn)實(shí)驗室（2023-1-1）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.06.003
圖?黑果枸杞高質(zhì)量基因組及229 bp AN1 啟動(dòng)子缺失導致果色分化。(A) 染色體基因組特征分布。(B) 缺口、端粒和著(zhù)絲粒位置。(C) 枸杞屬系統發(fā)育樹(shù)。(D) 白、紫與黑果枸杞間花青素相關(guān)變異。(E) 紫果后代果色分離及基因型鑒定。(F) AN1/AN2 在煙草瞬時(shí)表達。(G) 白果與黑果 AN1/AN2 表達動(dòng)態(tài)。(H) Y1H 驗證 AN2 與 AN1 啟動(dòng)子的結合。
