“禾下乘凉梦，粮兴千万家”。农业创新和粮食安全一直是世界各国农业学者广泛关注的重点方向。近年来，科学技术的飞速进步给农业发展和育种带来了更多的可能性，基因组学技术联合重测序技术在农业生产和分子育种中的应用逐渐崭露头角，为解锁植物遗传密码提供了全新视角。利用基因组和重测序联合分析手段揭示农作物生长的奥秘，助力优良品种的培育，打造更为丰盈的农业未来或是新的“蓝海”。
本期，小编梳理了3篇基因组与重测序联合分析的高分文献，让我们一起探索这一前沿技术如何助力农业学者在基因研究和育种中迈向新的高度！
01 泛基因组+重测序——水稻泛基因组
发表期刊：Cell（IF：64.5）
研究材料：33份水稻基因组数据+重测序数据+百份转录组数据
测序手段：PacBio三代数据、MGI二代数据
研究思路
主要内容
本研究中，作者搜集了31个高质量水稻基因组作为基础资源，并结合两个基因组的从头组装，创建了一个包括图形基因组在内的大规模水稻基因组资源库，以探讨结构变异（SVs）和基因拷贝数变异（gCNVs）对水稻进化、驯化和改良的贡献。研究发现了171,072个SVs和25,549个gCNVs，并利用组装来推断水稻种群中SVs的派生状态。通过对SV形成机制、对基因表达的影响以及在亚群体中的分布进行分析，揭示了这些资源在理解SVs和gCNVs如何塑造水稻环境适应性和驯化过程中的作用。
研究还基于图形泛基因组进行关联研究（GWAS），以识别与表型相关的基因变异，这弥补了仅使用SNPs或单一参考基因组时的检测劣势。该研究提供了丰富的种群资源，配合在线访问工具，有助于水稻育种、植物功能基因组学和演化生物学的研究。总体而言，该研究为深入了解水稻进化和驯化的基因组变异奠定了基础，对于农业、全球食品安全以及生物学和基因组研究都具有重要意义。
02 T2T基因组+重测序——西瓜T2T基因组
发表期刊：Molecular Plant（IF：27.5）
研究材料：1个高质量野生型西瓜T2T基因组+基于此品种经过EMS诱变的32个个体重测序数据
测序手段：PacBio三代数据、ONT三代数据、Illumina二代数据、Hi-C二代数据
研究思路
主要内容
本研究成功组装了西瓜（Citrullus lanatus）优良自交系G42的高质量T2T基因组，G42基因组大小约369M，包含24,205个预测的蛋白编码基因，所有11条染色体被组装到0 Gap级别，具有较高的完整性和组装质量。研究还通过花粉EMS诱变从G42获得了超过200,000个M1种子。利用这一资源，研究确认了48个单基因表型突变，其中包括223个M1和78个M2变异体的形态学变化。
基于G42基因组的完整性，鉴定了8,039个来自M1和M2家系的变异，准确率达到100%。最终，通过这一基因组和突变库，成功鉴定了导致果实形状延长和雄性不育的两个基因，均由单个碱基变化从G到A引起。本文对西瓜的功能基因组学和遗传改良提供了宝贵的资源，对基因功能的遗传分析和西瓜的遗传改良具有重要意义。
03 基因组+重测序——枸杞基因组
发表期刊：Plant Biotechnology Journal（IF：13.8）
研究材料：1个高质量枸杞基因组+307份重测序材料+563个注释代谢物
测序手段：PacBio三代数据、ONT三代数据、Illumina二代数据、Hi-C二代数据
研究思路
主要思路
本研究组装了1个约1.77 Gb的高质量染色体水平的枸杞基因组序列，具有50.55 Mb的contig N50。通过对307个重测序的枸杞进行变异图谱的调查，揭示了这一基因组的遗传变异。通过对枸杞果实代谢组进行分析，解析了563个已注释的代谢物，成功区分了枸杞和非枸杞品种。研究发现，枸杞果实中黄酮类、香豆素、生物碱和烟酸含量较高。
基于代谢物的基因组范围关联研究发现了156,164个显著的单核苷酸多态性，对应340种代谢物，其中三种代谢物——黄酮类、甜菜碱和亚精胺受到关注。推测LbUGT、LbCHS和MYB三个基因可能参与黄酮类的生物合成/代谢；LbSSADH可能参与甜菜碱的生物合成/代谢。此外，发现了四种枸杞亚胺，与枸杞亚胺O相关的evm.TU.chr07.2680基因被注释为乙酰辅酶A-苄醇乙酰转移酶，可能是亚精胺生物合成的候选基因。这些结果为非枸杞品种的特定代谢物谱和黄酮类、甜菜碱和亚精胺的生物合成/代谢的遗传基础提供了新见解。
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参考文献
[1] Qin P, Lu H, Du H, et al. Pan-genome analysis of 33 genetically diverse rice accessions reveals hidden genomic variations. Cell. 2021;184(13):3542-3558.e16. doi:10.1016/j.cell.2021.04.046
[2] Deng Y, Liu S, Zhang Y, et al. A telomere-to-telomere gap-free reference genome of watermelon and its mutation library provide important resources for gene discovery and breeding. Mol Plant. 2022;15(8):1268-1284. doi:10.1016/j.molp.2022.06.010
[3] Zhao J, Xu Y, Li H, et al. Metabolite-based genome-wide association studies enable the dissection of the genetic bases of flavonoids, betaine and spermidine in wolfberry (Lycium). Plant Biotechnol J. Published online January 9, 2024. doi:10.1111/pbi.14278