一箭双雕：UC Davis克服高度杂合核桃基因组组装的难题

普通核桃（Juglans regia），又名波斯核桃、英国核桃，与杏仁、腰果、榛子并称为世界“四大干果”。核桃原产于亚洲中部山区，中国是核桃起源中心之一、世界核桃生产第一大国，拥有最大的种植面积和产量，出口量居世界第二，仅次于美国。核桃基因组的参考序列对于核桃育种具有重要价值，并能够为解决一些基本生物学问题，比如胡桃属（Juglans）的多样性，核桃的驯化等，提供重要线索。然而，由于现有的几个胡桃属基因组序列组装过于零碎，并未达到染色体水平，使其应用极其有限。

2019年3月25，Horticulture Research 在线发表了美国加州大学戴维斯分校罗明诚博士研究团队与美国农业部和加拿大农业部的研究人员合作的题为“Sequencing a Juglans regia × J. microcarpa hybrid yields high-quality genome assemblies of parental species”的论文，罗明诚博士研究团队通过对高杂合的英国核桃（J. regia，父本）及野生黑核桃（J. microcarpa，母本）的杂交后代（F1）进行测序，充分结合了单分子DNA测序技术及全基因组光学图谱技术的优势，巧妙的避开了杂合位点对基因组序列组装的干扰，首次成功获得了两个亲本的染色体水平的全基因组序列信息，其组装质量代表了目前已完成的多年生木本植物基因组的最高水平。

Fig. 1 Structure and phylogeny of Juglans genomes

基于这两个染色体水平的高质量基因组序列，作者阐明了胡桃属植物中染色体端粒的结构和产生机制，揭示了其着丝粒在半同源染色体间的演变，这一结果有助于了解整个植物界的着丝粒演化过程。高质量的完整序列信息也使得作者揭示了胡桃属植物半同源染色体之间基因数量的不对称分布及其表达水平的差异，其可能的产生机制正在进一步研究中。

通过对其父本英国核桃及母本野生黑核桃全基因组序列的比较，作者重新准确的推算了二者的分化时间，颠覆了过往的研究结果。同时，作者对父母本材料的抗病基因，转录因子及SSR序列进行了挖掘分析，这些数据为核桃的育种工作提供了重要的资源。

这种一石二鸟的测序策略可以应用于许多其它多年生木本植物的基因组测序，如杏仁，山核桃，开心果，葡萄等。像核桃一样，这些作物在自然状态下异花授粉，因此基因组结构变异及复杂度均非常高，对我们获得高质量基因组序列信息造成了困难。现在，新的技术和方法为我们解析这些复杂基因组的遗传信息打开了大门。加州大学戴维斯分校的朱婷婷博士、王乐博士和加拿大农业部的游明安博士为共同第一作者。

Horticulture Research

doi:10.1038/s41438-019-0139-1

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Horticulture Research is an online-only, open access international journal devoted to publish original research results and reviews on, but not limited to, genetics, genomics and breeding, biotechnology, biochemistry, physiology, cellular and molecular biology, evolution, and environmental biology of horticultural plants.

The journal is published by Springer Nature in partnership with Nanjing Agricultural University.

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Sequencing a Juglans regia × J. microcarpa hybrid yields high-quality genome assemblies of parental species