國內首個菊花腦基因組測序納米孔測序再發高分論文

　　菊屬植物種類繁多，又含多種栽培種，兼具觀賞和藥用價值，且染色體組結構從2n=18到8n=72之間，十分復雜，多年來難以攻破。

　　中藥所所長陳士林研究員、副研究員宋馳博士等利用ONT平臺解析了可能代表栽培菊屬祖先基因組的二倍體菊花腦基因組，分析表明其演化受重復序列爆發和近期WGD事件的驅動，該基因組復制事件在約38.8個百萬年前將菊屬和向日葵分化開來；菊花腦觀賞及藥用性狀的變異與包含旁系同源基因組復制事件的基因組家族擴張有關。

　　那么究竟菊花基因組的任督二脈是怎樣被打通的？

　　賞菊入門之基因組組裝

　　提取菊花腦()DNA并在ONT平臺生成總數據量105.2 Gb，經base calling后99.5Gb的數據被用于后續分析，同時采用二代數據進行序列校正及混合組裝，最終獲得24，051條contig序列，contigN50為130.7 kb，組裝基因組大小2.53 Gb，覆蓋了預估基因組的~82%。

　　賞菊小徑之基因注釋

　　研究利用來自不同組織的轉錄本來驗證和構建基因模型，以此來預測菊花腦基因組中蛋白質編碼基因的含量。除去非功能注釋后，共有56，870個蛋白質編碼基因組被發現。在菊科中，菊花腦的基因數量與向日葵（52，232）和加拿大萵苣（44，592）較為類似。對ncRNA基因的注釋發現了2，076個tRNA基因、55個rRNA基因、1，504個snRNA基因及579 個microRNA基因。

　　賞花大道之LTR反轉錄轉座子的重復含量及爆發

　　賞菊圖鑒之基因組進化及基因家族擴張

　　為了研究菊花基因家族與不同性狀之間的關系，研究者比較了菊花腦與其他14種植物的基因組。利用這些植物的預測蛋白質組，共鑒定出由418，703個基因組成的39，414個同源基因家族，其中包括161，163個核心基因，隸屬于15種植物中共有的5，278個基因家族，其中11，372個基因家族共存于4種菊科植物中(Fig.1)。

　　研究發現菊花腦中擁有8，009個特異基因，隸屬于1，939個基因家族。此外，基因家族進化分析表明，菊花腦中的1，965個基因家族發生了擴張，1，777個基因家族中發生了收縮（Fig.2）。對菊花腦中擴張的基因家族進行功能注釋，發現這些基因功能集中在轉移酶活性和萜烯合酶活性等方面，表明這些基因可能與次級代謝產物的生產有關。

　　研究者進一步分析了菊花進化過程中的WGD事件，使用重復基因的Ks值計算復制事件的發生時間，并在~0.1處發現了一個峰，表明最近的WGD事件發生在大約580萬年前（Fig.3）。

　　賞菊攻略之關鍵基因一瞥

　　研究者還繪制出與重要生物學特征基礎通路相關基因的完整編目并分析了和黃酮類化合物，注釋了參與黃酮類化合物合成的基因，最后，更萜類生物合成相關基因的多樣化。研究鑒定出了類萜合成酶（TS）基因和多個細胞色素P450依賴的加氧酶（CYP）基因，令人驚訝的是，除了那些已經在其他已測序的真雙子葉植物中鑒定出的TS/CYP組合之外，研究者還在菊花中發現了新的組合，如TPS-a/CYP99和TPS-g/CYP79/CYP76等。