文章题目：Two haplotype-resolved T2T reference genomes for Ziziphus jujuba and Z. jujuba var. spinosa provide new insights into the domestication of jujube

发表期刊：Horticulture Research

发表时间：2024.03

2024年3月7日，Horticulture Research在线发表了题为“Two haplotype-resolved T2T reference genomes for Ziziphus jujuba and Z. jujuba var. spinosa provide new insights into the domestication of jujube”的研究成果。西北农林科技大学黄建研究员和新疆农业科学院郝庆研究员为本文联合通讯作者，西北农林科技大学国家林业局黄土高原林木培育重点开放实验室为本文第一单位。本研究报道了枣和酸枣高质量分型T2T基因组组装，并基于672份重测序数据，对种群结构和驯化机制进行了分析。龙8总区基因参与了本项目高质量分型T2T基因组的测序与组装工作。

枣（Ziziphus jujuba Mill.）鼠李科枣属植物，原产于中国，被认为是由酸枣(Z. jujuba var. spinosa)驯化而来。枣与酸枣具有相似的形态特征，但在重要农艺性状上，由于自然和人类行为的长期选择，酸枣由灌木状、酸味、小果实进化为木本、甜味、大果实的枣。前期研究表明，枣是由酸枣驯化而来的，并根据基因组重测序揭示了决定糖和酸含量的基因。已有的研究是基于短读长片段参考基因组进行的，对于枣和酸枣种质资源的的研究限制较大，因此，对于枣的驯化遗传基础仍未得到充分的探索。

1.基因组组装及评估

本研究结合Illumina、PacBio HiFi、ONT和Hi-C测序技术，组装了枣（JZ）和酸枣（SZ）的高质量基因组。组装结果显示，枣的基因组大小为385.80 Mb，contig N50为31.07 Mb，酸枣的基因组大小为375.15 Mb，contig N50为30.84 Mb。对获得的两个基因组进行了分型基因组组装，成功地将枣的29个contigs锚定在24条假染色体上，将酸枣的28个contigs固定在24条假染色体上（图1）。其中，枣的单倍型基因组HapA中发现了涉及5号染色体和12号染色体的染色体融合和断裂事件。

在枣的HapA和HapB中分别注释到了29,491和29,639个编码基因，对单倍型基因组的完整性评估表明，JZHapA和JZHapB完整性为99%和98.9%。酸枣的A/B亚基因组分别注释到28,245和27,810 个编码基因，SZHapA和SZHapB完整性为99%和98.9%。

图1 枣和酸枣基因组圈图

2.着丝粒和端粒鉴定

枣和酸枣的嵌合基因组端粒重复数在835 ~ 2807和1039 ~ 2794之间，平均值分别为2219和2020。分型基因组中分别鉴定出JZHapA和JZHapB的端粒重复数在1501 ~ 2776之间，SZHapA和SZHapB的端粒重复数在1004 ~ 2717之间。

在枣和酸枣的每条染色体上分别确定着丝粒候选区域，观察到染色体间串联重复覆盖、着丝粒长度和位置的显著差异。枣的两个单倍型基因组的着丝粒边界在0.11 ~ 1.82 Mb之间，酸枣的在0.12 ~ 3.27 Mb之间，两种枣的串联重复覆盖率在7.76% ~ 77.94%之间。此外，Hi-C相互作用热图也表明在这些区域检测到的相互作用较少，这表明这些具有高度串联重复序列的区域可能是着丝粒区域。

3.枣与酸枣的比较基因组学分析

将枣和酸枣的亚基因组和新发表的DZV2基因组共线性比对（图2A），鉴定他们间结构变异（SVs）情况；枣和酸枣两个单倍型之间的SVs分别为81.60 Mb和69.07 Mb，占基因组大小的21.51%和18.49%。Syntenic分析显示，JZHapA和JZHapB在1、3、4和12号染色体上，以及在4、5和7号染色体上存在较大的结构变异(SVs)（图2）。汇集了几组受SVs影响的基因，GO分析表明，这些基因在分子功能中与多糖结合相关，在生物过程中与脂质分解代谢过程相关；KEGG分析表明，这些基因与苯丙烷类生物合成、淀粉和蔗糖代谢、甘油磷脂代谢和类黄酮生物合成有关。

图2 枣与酸枣的基因组比较基因组学分析

4.单倍型之间等位基因特异性表达模式

在酸枣和枣的单倍型基因组中分别鉴定出22,574和23,042个等位基因，比较了枣果实三个成熟期（膨大果、半红果和全红果）的RNA测序数据。大量等位基因对在不同时期的表达模式存在差异。枣中的差异表达等位基因主要集中在氨基酸的生物合成和泛素介导的蛋白质水解中，而酸枣中的许多差异表达等位基因参与糖酵解/糖异生、核苷酸糖的生物合成、α -亚麻酸代谢和丙酮酸代谢等。

5.枣的种群结构与进化

对672份材料的重测序数据进行了群体分析，包括359份栽培枣材料、291份酸枣材料和22份半野生枣树材料，筛选得到33,700个SNPs并构建系统发育树，系统发育分析划分出了不同的支系，其中支系I是主要由山东省野生枣组成的祖先群，山东省临朐县发现中新世（距今1800万年）的山旺枣叶化石与酸枣的叶片形态非常吻合，也证明了这一点；支系II和支系IV由共同的祖先支系I演化而来，并进一步细分为栽培枣和酸枣或半野生枣；支系间的比较显示，支系III与其他支系的Fst值较高，表明支系III与其他支系的分化程度较高。支系II和支系III中的酸枣和枣主要原产于黄河下游附近的山东省和河北省；支系IV和支系V以河北省的种质资源最多，表明栽培枣起源于一个共同的祖先，但是在两个独立的驯化中心驯化的，即黄河下游附近的山东省和黄河中游的晋陕峡谷地区（图3）。

图3 酸枣和枣的系统发育分析

主成分分析表明，野生、栽培和半野生枣的聚类特征明显：野生枣表现为紧密聚类，栽培枣表现为较为分散的聚类，与野生枣形成的聚类重叠，半野生枣分布在二者之间。这表明枣在驯化过程中发生了遗传多样化，导致群体遗传变异范围更广。进一步探索酸枣和栽培枣的种群结构，ADMIXTURE聚类分析显示，栽培枣种群结构复杂，而野生枣种群结构简单（图4）。

本研究组装了高质量的的栽培种枣及野生酸枣的染色体水平基因组，为进一步了解枣基因组进化和鉴定重要农艺性状相关的功能基因奠定坚实基础；种群结构确定了枣的地理起源，系统发育树和种群结构揭示了驯化过程中的引入和发展过程，为枣驯化及其种群结构提供了新的见解。

参考文献：

Kun Li, et al. Two haplotype-resolved T2T reference genomes for Ziziphus jujuba and Z. jujuba var. spinosa provide new insights into the domestication of jujube, Horticulture Research, 2024.