8月5日园艺类高级期刊《Horticulture Research》在线发表重庆文理学院生姜基因组文章《Haplotype-resolved genome of diploid ginger (Zingiber officinale) and its unique gingerol biosynthetic pathway》。
《Horticulture Research》杂志是Nature出版集团旗下唯一的园艺领域期刊。重庆文理学院为第一作者单位和第一通讯单位，园林与生命科学学院李洪雷教授为第一作者。
此次工作由重庆文理学院牵头，联合长江大学、西南大学和华大基因共同完成。李洪雷教授、吴林副教授、董照明副教授、姜玉松教授和姜三杰博士为论文的共同第一作者，刘奕清教授、夏庆友教授、简建波博士和邹勇副教授为论文的共同通讯作者。济南市第二农科院李承勇研究员、李庆芝高级工程师等参与了该研究。该研究得到了重庆文理学院生姜基因组重大专项、重庆市自然科学基金等项目的支持。
生姜(Zingiber officinale)是一种极具价值的食药两用园艺作物，既为传统中药的重要成分，又是重要的调味料，在我国有悠久的栽培历史。中国生姜栽培面积、产量和出口量均居全球第一位。长江中上游生姜总面积226万亩，占全国49.7%，是推动乡村振兴的优选产业。姜具有多年生宿根，根茎肉质、肥厚，内含多种营养成分，它除了含有蛋白质、碳水化合物、多种维生素和矿物质外，还含有姜辣素、姜油、姜醇等生物活性物质，具有调味、抗癌、抗真菌、抗炎症、抗氧化和抗血小板聚集等用途，是香料家族和药用植物家族的重要成员。
重庆文理学院等单位的研究破解了西南地区主栽品种‘竹根姜’的基因组，利用短读长 Gb)，长读长PacBio Gb)及Hi-C Gb)策略组装出竹根姜两套单倍型高质量基因组，单倍型的基因组大小分别为1.53 Gb(contig N50: 4.68 M)和1.51 Gb (contig N50：5.28 M)，98.11%的序列锚定到22条染色体（图1）。PacBio 读长在2个单倍型的overlap分别为 97.95%和98.1%，显示了分型的准确性。两套单倍型的Ka/Ks分析揭示生姜驯化历史过程中经历了相似的选择压力。通过等位基因分析，总共55,635个基因（占所有基因的72%）在两个单倍型中具有同源性。生姜17,226对等位基因中，11.9%在转录水平表现出染色体偏好性（图2）。该研究发现生姜基因组杂合度3.6%，是目前已报道杂合度最高的植物基因组。重复序列高，其中长末端片段重复(long terminal repeats，LTRs)占61.06%，可能是导致其基因组大、杂合度高的主要原因，同时也是生姜基因组进化的主要驱动力。生姜等位基因在两套单倍型中没有展现出表达差异，17,226对等位基因中有2055对(11.9%)在转录水平表现出染色体偏好性。
Fig.1生姜基因组特征统计。
a. 染色体；b. 基因密度；c. SSR密度；d. LTR密度；e. GC含量。
Fig.2生姜两套单倍型等位基因的比较。
A. 两个单倍型的单个染色体的Ka/Ks值；
B. 生姜单倍型1和单倍型0等位基因分布图（从内到外：a. 杂合度比率；b. 等位基因；c. 杂合基因比率；d. DEL比率；e. 染色体数目；f. 等位基因链接）；
C. 两个单倍型配对染色体中等位基因的FPKM值。
通过整合基因组、转录组和代谢组数据进行整合分析，该研究构建了生姜特有成分姜辣素的合成通路，筛选出12个参与姜辣素合成的关键酶家族（PAL, C4H, 4CL, CST, C3′H, C3OMT, CCOMT, CSE, PKS,AOR, DHN, 和DHT），鉴定出38个可能调控姜辣素合成的重要转录因子家族，并绘制出姜辣素合成的分子调控网络（图3）。
Fig.3生姜中重要次级代谢产物定量分析及姜辣素合成通路解析。
A. 样本采集示意图；
B. 以正/负离子模式鉴定到的生姜根茎代谢产物的主成分分析；
C. 姜辣素生物合成关键基因的表达通路。
组装出全部单倍型基因组代表了目前基因组研究的前沿和趋势。通过生姜完整生命信息的破译，可抢占基因遗传资源开发与利用制高点，为利用分子育种技术进行遗传改良，培育高产、优质生姜新品种奠定生物学基础，将会极大推动生姜产业的发展。
近几年来，重庆文理学院在生姜研究领域，集聚了一批“万人计划”“重庆英才”在内的高层次人才，实施了一批重大科技项目，建成经济作物重庆市重点实验室、重庆市生姜工程技术研究中心等平台，育成“渝姜一号”“渝姜二号”新品种，建立了竹根姜种苗及繁育地方标准，申请系列发明专利，其系统成果获重庆市2019年科学技术奖科技进步一等奖。该论文的发表，体现了重庆文理学院近年来人才队伍建设成就，也是重庆文理学院科研实力的有力彰显。
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来源：文理学院官网、园艺研究
