科学家为红颜草莓组装八倍体基因组，助推草莓遗传学研究育种改进

适逢春节，素有“水果皇后”之称的草莓，也迎来了上市的季节。和许久不见的亲友一同坐在餐桌前，手捻一颗色泽明亮、鲜红欲滴的草莓入口，我们在享受到酸甜可口的滋味的同时，也消除了过往一年里积攒的烦恼和疲倦。

（来源：AI 生成）

事实上，相较于个小味酸的野生草莓，我们如今所食用的是起源于法国的现代大果型栽培草莓。

这是一种已经得到广泛种植的杂交品种，源自弗吉尼亚草莓和智利草莓这两种八倍体野生草莓的自然杂交，因香气浓郁、果色诱人、质地多汁等优良性状而闻名。

其中，红颜草莓（学名 Benihoppe）作为优质早熟的大果型品种，由日本静冈县的章姬（学名 Akihime）草莓和幸香草莓（学名 Sachinoka）杂交而成。

自引入中国后，具有适应性强、休眠浅、品质优良等优势的红颜草莓，不仅逐渐变成中国种植得最广泛的品种之一，也成为理想的亲本材料和开展生化实验的对象。

然而，红颜草莓对白粉病和炭疽病等疾病非常敏感，这给该品种的大规模生产和科研应用带来了限制。

为了解决上述问题，同时促进草莓的基因鉴定和育种改进，近期中国农业科学院郑州果树研究所和中国农业科学院深圳农业基因组研究所等团队，为红颜草莓组装了一个高质量、无间隙的八倍体基因组，并对该品种亚基因组之间 DNA 甲基化的变化进行分析。

该课题组先将红颜草莓的 4 个亚基因组，与现有的二倍体基因组的全基因进行比对，从而揭示出八倍体草莓的 ABBxBx 基因组结构。

然后，他们又对亚基因组结构、重复序列和 DNA 甲基化进行比较分析，发现亚基因组 A 占据主导地位，而其他 3 个亚基因组（B、C 和 D）则表现出相似的结构，即平行的亚基因组进化。

这说明，二倍体物种饭沼草莓（学名 Fragaria iinumae）与亚基因组 B、C 和 D 之间存在密切关系。

需要说明的是，全基因组复制是重要的进化环节，可以通过遗传和表观遗传因素，来影响基因表达和表型变异，进而潜在地增强遗传育种。

一般来说，当两个或两个以上的二倍体物种，经融合产生多倍体物种时，每个物种都存在一个亚基因组，并且必须解决亚基因组之间存在的遗传不相容问题。

而在同一个细胞核中，亚基因组的协调和共存会通过两种不同的途径发生，分别是显性亚基因组进化和平行亚基因组进化。

前者的特征是保留更多基因、增加同源表达和减少重复序列等；后者的特征则是相似的重复序列内容、高序列共线性，以及所有亚基因组的对称纯化选择等。

另外，据转录组和 DNA 甲基化组的分析结果，在果实发育的生物学过程中，亚基因组 A 偏向的基因更加丰富。

并且，在亚基因组 A 中，与果实成熟相关的基因的表达量高于其他三个亚基因组，而正是这些基因在很大程度上促成了草莓果实成熟过程中的关键性状。

相比之下，亚基因组 B、C 和 D 虽然包含等量的重复序列，但却表现出不同的甲基化水平，尤其是位于基因附近的转座因子。

值得一提的是，DNA 甲基化在维持细胞功能正常运转的过程中扮演着关键角色。在草莓中，它的动态变化与应激反应、气候变化适应，以及二倍体草莓和八倍体草莓的休眠诱导等因素有关。

图丨红颜草莓的高质量基因组组装和亚基因组结构（来源：Horticulture Research）

近日，相关论文以《八倍体栽培草莓的分阶段无间隙基因组组装揭示亚基因组之间的遗传和表观遗传差异》（Phased gap-free genome assembly of octoploid cultivated strawberry illustrates the genetic and epigenetic divergence among subgenomes）为题在 Horticulture Research 上发表[1]。

图丨相关论文（来源：Horticulture Research）

中国农业科学院郑州果树研究所宋艳红助理研究员和中国农业科学院深圳农业基因组研究所彭艳玲博士后为论文共同第一作者，中国农业科学院郑州果树研究所周厚成研究员和中国农业科学院深圳农业基因组研究所周永锋研究员为共同通讯作者。

总的来看，该项研究为八倍体草莓的亚基因组结构、分化和表观遗传动力学的进化模式，提供了有价值的见解，有助于推动草莓遗传学和育种等方面的研究。