辣椒如何演化？新研究解释辣椒属多样性演化机制

　　近日，记者从中国农业科学院获悉，该院蔬菜花卉研究所蔬菜分子设计育种创新团队和茄科蔬菜育种创新团队，构建了野生和栽培辣椒高质量基因组，解析了辣椒的染色体核型、基因表达调控元件等的演化特征，发现了转座子驱动的结构变异和高频渐渗事件对辣椒重要性状形成的贡献。相关研究成果以封面论文的形式发表在《自然植物（Nature Plants）》上。

　　辣椒是我国播种面积和产值最大的蔬菜作物之一。辣椒属包含30多个种，包括5个栽培种和众多野生种，遗传多样性丰富，但演化路线尚不明确。辣椒基因组多超过3Gb，约为番茄的四倍，基因组重复序列多。这些重复序列是否会影响其基因组演化和性状的形成？上述问题的解析将促进科学家对辣椒种质资源的演化和利用、性状机制和种质创新等的研究。
　　科研人员研究利用HiFi和ONT测序技术完成了11个辣椒基因组的高质量组装，contig的N50平均达到了230 Mb以上。这些材料包括了一年生辣椒、灌木辣椒、中国辣椒、下垂辣椒、茸毛辣椒全部5个栽培种，以及起源于美洲安第斯山脉区域的约1200万年前分化的远缘野生种C. rhomboideum等5个野生种材料。

野生和栽培辣椒基因组测序与组装

　　通过系统发育分析，发现C. rhomboideum作为安第斯类群野生辣椒的代表，最早分化，其次是茸毛辣椒，其他辣椒分为两个主要分支。基于进化关系和基因组共线性，重建了辣椒属的祖先核型。明确了辣椒属祖先具有12对染色体，C. rhomboideum的13对染色体是由12对染色体重排而来，回答了关于辣椒祖先染色体数目的争议。比较染色体三维区室（compartment），发现染色体重排事件引起了三维区室的转变，揭示了染色体重排和三维结构变化间的联系。
　　不同辣椒基因组中的转座子（TE）爆发事件存在明显差异。茸毛辣椒、下垂辣椒等基因组中Gypsy类型逆转座子的近期爆发，导致其基因组相对更大。这些TE插入事件带来了大量的基因组间结构变异（SVs）。其中，中国辣椒中调控果实朝向的Up基因的启动子区域出现了8 kb缺失，抑制了该基因的表达，果实朝向从朝下变为朝上；茸毛辣椒中控制辣椒红素合成的关键基因CCS编码区出现了TE插入而提前终止，使果色由红变黄。这些结构变异的发现为理解辣椒性状多样性的形成提供了重要线索。
　　最终，科研人员完成了124 份辣椒核心种质的深度重测序，构建了辣椒群体的单体型图谱。发现了一年生辣椒中含有灌木辣椒的大量基因组渐渗片段，以及一年生辣椒群体内单体型存在显著分化。其中，较晚形成的甜椒（Blocky）类型存在典型的种间渐渗和种内单体型分化现象。
　　该研究基于11个辣椒属高质量基因组，揭示了染色体重排和转座子扩增对基因组三维结构和基因调控元件演化的促进作用，发现了结构变异和高频渐渗对辣椒遗传和性状形成的重要意义。研究成果对辣椒种质资源创制、分子设计育种等具有重要指导价值。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程等项目的支持。（记者谢芸）
来源：光明网

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