在我國(guó)耕地面積有限的情況下，大幅提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)是滿足農(nóng)業(yè)安全和發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的必然途徑。隨著農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用，越來(lái)越多的物種進(jìn)入育種4.0即精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種時(shí)代，其中代表性標(biāo)志之一即為T(mén)2T（端粒至端粒）完整基因組及T2T泛基因組的解析。繼2022年6月首次破解西瓜T2T無(wú)缺口基因組之后，2022年12月31日，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺實(shí)驗(yàn)室何航課題組與武漢植物園鐘彩虹團(tuán)隊(duì)合作，在Molecular Plant雜志在線發(fā)表了題為“Two haplotype-resolved, gap-free genome assemblies of Actinidia latifolia and Actinidia chinensis shed light on regulation mechanisms of vitamin C and sucrose metabolism in kiwifruit”的研究論文，報(bào)道了闊葉獼猴桃與中華獼猴桃T2T無(wú)缺口基因組圖譜，整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組多組學(xué)分析深入挖掘獼猴桃果實(shí)品質(zhì)調(diào)控基因，為獼猴桃功能基因與分子育種研究提供了重要資源。

中華獼猴桃與闊葉獼猴桃無(wú)缺口基因組圖譜

獼猴桃是一種具有極高食用價(jià)值的水果，因其富含維生素C、有機(jī)酸、礦物質(zhì)而被稱為“水果之王”。據(jù)統(tǒng)計(jì)2019年度，中國(guó)獼猴桃收獲面積和產(chǎn)量分別達(dá)到18.26萬(wàn)公頃和219.67萬(wàn)噸，均占世界總產(chǎn)量和栽種面積的一半以上。獼猴桃屬（Actinidia）起源于中國(guó)，全屬共包含54個(gè)物種，其中52個(gè)主要分布于我國(guó)。雖然我國(guó)獼猴桃文字記載的歷史千年有余，但育種研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都長(zhǎng)期落后于新西蘭、意大利等獼猴桃科研、生產(chǎn)大國(guó)。目前獼猴桃基礎(chǔ)研究與分子育種主要受限于為數(shù)不多的可利用種質(zhì)資源，僅有中華獼猴桃和毛花獼猴桃發(fā)表了基因組，嚴(yán)重制約了獼猴桃基因組學(xué)研究與遺傳改良。

研究團(tuán)隊(duì)選擇了具有超高維生素C含量的闊葉獼猴桃，以及我國(guó)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中華獼猴桃優(yōu)良品種“東紅”作為研究對(duì)象，通過(guò)整合深度測(cè)序的PacBio HiFi, Hi-C, ONT數(shù)據(jù)，完成了兩個(gè)端粒至端粒無(wú)缺口獼猴桃基因組拼接，同時(shí)獲得了染色體級(jí)別的單倍型基因組。通過(guò)保守的單拷貝同源基因構(gòu)建物種進(jìn)化樹(shù)，推斷了闊葉獼猴桃與中華獼猴桃的分歧時(shí)間在大約839萬(wàn)年前。在此期間，有189 個(gè)基因家族經(jīng)歷了顯著的基因倍增，而58個(gè)基因家族經(jīng)歷了基因丟失。這些基因家族的擴(kuò)張與收縮可能與獼猴桃科特有的性狀，如更高的維生素含量、更大的果實(shí)型號(hào)等相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，維生素合成途徑基因在不同獼猴桃物種中分布較為保守，但其表達(dá)模式在高維生素C含量材料（闊葉）和低維生素C含量材料（東紅）中不完全相同。

與闊葉獼猴桃相比，東紅獼猴桃具有顯著更高的甜度。通過(guò)對(duì)開(kāi)花后30天、60天、95天和135天的果實(shí)進(jìn)行廣泛靶向代謝組與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)在果實(shí)發(fā)育后期高含量的代謝物中富集糖醇類代謝物。經(jīng)過(guò)與轉(zhuǎn)錄組相互關(guān)聯(lián)，鑒定出一個(gè)蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因AcSWEET9b，具有與蔗糖的含量顯著相關(guān)的表達(dá)模式。對(duì)該基因分別進(jìn)行過(guò)表達(dá)和基因沉默，發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)材料相對(duì)野生型的蔗糖含量顯著升高，相反基因沉默材料相對(duì)于野生型蔗糖含量顯著下降。通過(guò)對(duì)紅心中華獼猴桃類群、野生中華獼猴桃類群、和野生獼猴桃物種類群中AcSWEET9b基因序列及果實(shí)蔗糖含量進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)該基因啟動(dòng)子區(qū)域差異較大，且在甜度更高的紅心獼猴桃類群中啟動(dòng)子單倍型被固定下來(lái)。因此，AcSWEET9b啟動(dòng)子區(qū)域在紅心獼猴桃馴化過(guò)程中被人工選擇，可能是紅心獼猴桃甜度增加的重要原因。

值得注意的是，隨著新的三代測(cè)序技術(shù)與拼接算法的發(fā)展，植物中的T2T無(wú)缺口基因組成為新的參考基因組標(biāo)準(zhǔn)。北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域的西瓜、水稻、擬南芥、獼猴桃等物種中均報(bào)道了這一標(biāo)準(zhǔn)的參考基因組，代表了該單位在基于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的育種4.0方向的領(lǐng)先地位。

     北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士后韓雪、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院博士生張宜林，中科院武漢植物園張瓊副研究員為論文共同第一作者；何航研究員、李大衛(wèi)研究員和鄧興旺院士為共同通訊作者；北京大學(xué)博士生馬妮、武漢植物園助理研究員劉曉瑩、廈門(mén)大學(xué)碩士生陶文靜、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院科研助理婁志英共同參與，武漢植物園鐘彩虹研究員為本研究做出重要貢獻(xiàn)。研究得到了山東省自然科學(xué)基金、山東省科技創(chuàng)新項(xiàng)目、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院院長(zhǎng)基金、北京大學(xué)博雅博士后項(xiàng)目支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.12.022