撩妹神器，茄科颜值担当！不信你别点

说到矮牵牛，大家第一个想到的都是花市里琳琅满目的盆栽，还有近几年风靡市场、足以捕获每个女孩的少女心的新品种——“星空矮牵牛”。所以别看它的名字又“矮”又“牛”，但真的是一个十足的“少女收割机”。可你知道吗！矮牵牛和茄子、番茄、辣椒等都同属茄科，长期作为一个遗传模式系统来研究。今天科技君为大家带来的此篇文献完成了矮牵牛基因组图谱，为其研究打开了新的一页（或许大家在不久的将来就能看到更多高颜值的矮牵牛品种）。

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矮牵牛

文献题目： Insight into the evolution of the Solanaceae from the parental genomes of Petunia hybrida

发表期刊： Nature Plants

发表时间：2016年5月27日

影响因子：10.3

摘要介绍：矮牵牛（Petunia hybrida），茄科（Solanaceae）。这篇论文报道了矮牵牛的两个野生亲本的基因组，P. axillaris N 和 P. inflata S6。矮牵牛有14对染色体，基因组大小大约是1.4Gb，两个基因组分别注释出32928和36697个编码蛋白基因。研究表明矮牵牛属经历了至少两次多倍化事件，一次是绝大部分双子叶植物都经历了的古老的γ事件，另外一次是茄科共有的三倍化事件。矮牵牛基因组的公布有利于人们将其作为模式生物来研究共生、自交不亲和、节律等独特的生物学现象。

内容解析

研究问题：

1. 两种矮牵牛的重复序列含量及比例分布比较

2. 矮牵牛的多倍化历程

3. 园艺中种植的杂交矮牵牛的起源问题

4. 影响授粉媒介相关的基因研究

研究难点：通过比较基因组找到两种矮牵牛的花色多样性相关基因

研究方向：

1. 矮牵牛De novo基因组学研究

2. 矮牵牛的重复序列以及多倍化分析

3. 矮牵牛的小RNA分析

4. 矮牵牛的花色和授粉媒介分析

研究成果：

1. 在这项研究中，研究人员分别对P. axillaris N和P. inflata S6进行了全基因组测序，分别组装出1.26G和1.29G的基因组。通过将测序reads比对回参考基因组，估算出两个物种的杂合率约为0.03%。核心基因集的评价方法显示基因组组装质量较高。基于此组装结果，分别注释出32928和36697个基因。研究发现矮牵牛基因组包含大量的重复序列，其占基因组的比例超过60%，并且矮牵牛中的DNA转座子数量是烟草和番茄中的5倍。dTph转座子家族在茄科植物基因组中频率比较高。基因家族分析显示矮牵牛大部分基因都能和茄科其它物种基因聚类。

2. 通过将矮牵牛与其他茄科植物的共线性比较，研究人员发现，矮牵牛和其他大部分双子叶植物一样经历了一次早期的三倍化事件和一次近期的多倍化事件。可以推测近期的多倍化发生的时间大概在30MYA左右。微共线性分析揭示了相比于矮牵牛，番茄在多倍化事件之后，保留的基因更少。

3. 杂交矮牵牛的起源问题。通过比较2个矮牵牛基因组以及3个不同品种的转录组揭示了杂交矮牵牛的复杂演化历史。研究的20000个基因在这2个品种中表达的基因数目相差巨大，可能因为白色母本需要大量的隐性突变来演变出后代的不同颜色。在3个不同的品系中，也找到了来自于P. axillaris N和P. inflata S6的SNP。

4. 花的颜色和气味影响了不同的授粉媒介，导致了生殖隔离和不同品种的形成。两种矮牵牛中都包含有花青素合成途径的核心基因。但是P. axillaris中缺乏其他一些基因。AN2基因在P. axillaris中由于编码区存在突变而失活，导致P. axillaris颜色单一。在这2个物种形成以后，4个MYB因子经历了大量的重排，受基因周围转座子和逆转座子活性的影响，4个转录因子共线性降低。其他一些花青素的调节因子、PH以及气味等相关的转录因子在2个物种基因组上都保持了较好的共线性。AN2基因的变化可能是导致矮牵牛的花色多变的一个原因。

研究亮点：

1. 通过比较分析阐明茄科特异的三倍化事件

2. 研究了园艺中的矮牵牛的起源问题，同时阐明了两种矮牵牛不同的花色、气味等性状差别相关原因。

研究方法

研究对象：对矮牵牛的2个野生亲本P. axillaris N， P. inflata S6 进行了Denovo组装

所用软件：

SOAPdenovo，PBjelly，SSPACE进行组装；MAKER-P进行基因注释；

RepeatMasker，RepeatProteinMask，LTR-FINDER，LTR_STRUC转座子分析；

Augustus，SNP, Exonerate， tRNAscan , AHRD基因预测和功能注释；TargetFinder；

BLAST, BLASTN, CLUSTALW比对 CoGe平台；Tophat2， Cufflinks 转录组比对分析；

MUSCLE，Mcscan ，OrthoMCL,家族聚类；Blast GUI, JBrowser, WebApollo；

所用数据：

1. Petunia inflata S6 和Petunia axillarisn的基因组序列

2. 3个杂交种矮牵牛的转录组测序数据

3. 2个品种矮牵牛的小RNA数据

所用数据库：Repbase、Geneious、TrEMBL databases、KEGG、miRBase等数据库

实验过程：

Denovo样品准备：两种矮牵牛的叶子和茎，在提取DNA之前将组织冷冻在-80℃液氮中；

小RNA样品准备：2种矮牵牛的花蕾；

转录组样本：三个不同杂交品系的转录本数据；

研究结果

图1 矮牵牛花的多样性

图2 矮牵牛中重复序列和基因家族情况

a) 番茄，矮牵牛，烟草中重复序列种类比例分布

b)荧光染色观察其中染色体的情况；c) dTph家族转座子的分布

d) 矮牵牛特异家族以及与其他物种共有基因的GO分布

e) 5个茄科物种的venn图结果

图3 基因组多倍化和共线性

A) 茄科多倍化和真双子叶三倍化发生的时间；B).矮牵牛和葡萄以及番茄的共线性分析结果

红色表示3个物种都有的共线性块，紫色表示矮牵牛上存在的共线性块，绿色表示番茄上存在的共线性块。

图4 杂交矮牵牛的大部分基因可能是由于基因转换形成

a、b)杂交后代来源的父母本的SNP分布情况图

图5 传粉吸引力

a)两种矮牵牛基因组上MYB基因区的多样性

b)矮牵牛和番茄中合成2-苯乙醛的不同途径

c) 矮牵牛上合成丁子香酚的途径

图6 两种矮牵牛的组装结果统计

【参考文献】

Bombarely, A., et al. (2016). "Insight into the evolution of the Solanaceae from the parental genomes of Petunia hybrida." Nat Plants 2(6): 16074.

>>>>180+篇植物基因组文章解读大全，第一章茄科

撰稿：动植物大项目部

编辑：市场部

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