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周永锋课题组
Yong-feng Zhou lab
Yong-feng Zhou lab
| 题目 | A genomic variation map provides insights into potato evolution and key agronomic traits |
| 中文 | 基因变异图谱有助于深入了解马铃薯的进化历程及其关键的农艺特性 |
| 参考 | Lian Q, Zhang Y, Zhang J, et al. A genomic variation map provides insights into potato evolution and key agronomic traits[J]. Molecular Plant, 2025, 18(4): 570-589. |
| 作者 | Qun Lian |
| 通讯 | 齐建建 |
| 期刊 | Molecular Plant [2025-4-7 ] 博文来源 原文链接 |
| 简介 | 基于二倍体近交系的杂交马铃薯育种正在改变这种主食作物的遗传改良方式，这需要对马铃薯的驯化和分化有深入的了解。在本研究中，我们对 314 个二倍体野生和地方品种样本进行了重新测序，生成了包含 47，203，407 个变异的变异图谱。利用该变异图谱，我们发现了马铃薯驯化过程中块茎转录组的变化，还表征了地方品种组 Stenotomum 和 Phureja 之间的全基因组分化。我们发现了一个可能影响块茎休眠期的茉莉酸生物合成基因。全基因组关联研究揭示了一个用于合成抗营养甾醇糖苷类化合物（SGA）的 UDP-糖基转移酶基因，以及一个赋予平均块茎重量增加的脱水反应元件结合（DREB）转录因子。此外，基因组相似性和组特异性 SNP 分析表明，四倍体马铃薯源自二倍体 Solanum tuberosum 组 Stenotomum。这些发现揭示了土豆驯化与改良的进化历程，为推进杂交土豆育种实践奠定了坚实的基础。 |
| 备注 | 合作发表文章 |
| 封面 |
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2025年1月23日，内蒙古大学马铃薯中心/牧草与特色作物生物学教育部重点实验室齐建建团队联合中国农业科学院深圳农业基因组研究所、中国农业大学等单位在 Molecular Plant在线发表了题为“A genomic variation map provides insights into potato evolution and key agronomic traits”的研究论文。该研究解析了马铃薯驯化、栽培亚群分化、四倍体起源和野生片段渐渗等历程，并通过全基因组关联分析等方法挖掘影响块茎重量、薯肉龙葵素和块茎休眠期的候选基因。
该研究对154份野生种、160份二倍体原始栽培种进行17.67×重测序，构建了包含47,203,407个SNP和InDel位点的变异组图谱。进化树、群体结构和主成分分析均支持S. candolleanum是栽培马铃薯的直接祖先，与前人结论一致；通过SweeD和核苷酸多样性分析，研究人员鉴定了184个候选的驯化区间，其中包括多个已知或注释的块茎重量、产量、淀粉合成与代谢QTL位点/基因，为解释马铃薯驯化过程中块茎增大、产量提高提供了基因组学证据。
Mol Plant | 马铃薯图形泛基因组、mGWAS及品质性状的遗传变异
2025年1月27日，云南大学农学院黄斌全研究员课题组在Molecular Plant发表了题为“Graph-based pangenome provides insights into the structural variation and genetic basis of metabolic traits in potato”的研究论文，该研究构建了覆盖马铃薯组的泛基因组/图基因组，利用全基因组的结构变异，对马铃薯块茎代谢物进行了全基因组关联分析，发现了系列马铃薯块茎重要代谢物的关键遗传位点。该研究为解析马铃薯品质性状奠定了重要基础，为进一步的马铃薯品质性状遗传改良提供了理论基础。
该研究收集了大量的马铃薯优异种质资资源，高质量地组装了29个野生材料和地方品种的基因组，结合22个已发表马铃薯基因组数据，构建了马铃薯组的超级泛基因组。对248份马铃薯优异的种质资源材料，包括117份野生材料，40份地方种和91份栽培品种，进行了高深度的重测序（>25×），发现了25,969 SVs, 11,674,286 InDels和55,190,267 SNPs。为了阐明马铃薯品质形成的遗传分子机制，该研究利用广泛靶向液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）对117个马铃薯野生材料和40个地方种块茎的代谢组进行了分析，共获得1,258种代谢物，通过PAV-mGWAS分析，检测到9,321个与这些代谢物相关的重要遗传位点。为了更好的利用马铃薯种质资源的基因信息，该研究构建了马铃薯泛基因组数据库（PPDB），这对马铃薯功能基因组和分子育种研究具有重要意义。
PBJ | 创制马铃薯功能基因组学研究的新种质“Jan”和“mini-Jan”
2025年1月23日，《Plant Biotechnology Journal》在线发表了由密歇根州立大学蒋继明教授及其合作团队撰写的研究论文《Jan and mini-Jan, a model system for potato functional genomics》。该研究成功培育出全新的二倍体马铃薯种质“Jan”及其矮化突变体“mini-Jan”。这一创新性研究为解决传统四倍体马铃薯研究中的技术瓶颈提供了强有力的工具，并为马铃薯遗传改良和基础生物学研究开辟了新方向。
研究团队为 Jan 构建了染色体级别的高质量参考基因组。Jan 与其亲本（DM 和 M6）及其他二倍体马铃薯具有高度共线性。进一步分析发现，Jan 基因组中 44.4% 的序列来源于 DM，31.6% 来源于 M6，其余 24.0% 的区域因两亲本序列高度相似而归类为来源不明确区域。从 M6 继承的基因与“激素响应”、“有机酸运输”和“花粉识别”等功能显著相关，可能增强了Jan 的育性和生长活力；从 DM 继承的基因则富集于“分解代谢过程”和“组织培养相关功能”，可能提升了 Jan 的离体再生与遗传转化能力。这些遗传特性为 Jan 的独特性状提供了重要的分子基础，展现了其作为功能基因组学研究模式植物的巨大潜力。
PBJ | 马铃薯彩色薯肉形成的分子机制
2025年1月30日，Plant Biotechnology Journal在线发表了中国农业科学院农业基因组研究所张春芝课题组与云南师范大学马铃薯科学研究院祝光涛课题组题为“Two tandem R2R3 MYB transcription factor genes cooperatively regulate anthocyanin accumulation in potato tuber flesh”的文章。该研究阐明了块茎薯肉花青素调控位点Pigmented tuber flesh （Pf）中两个串联的R2R3 MYB转录因子基因StMYB200和StMYB210协同调控薯肉花青素合成的分子机制。
研究人员利用135份二倍体马铃薯种质对薯肉花青素性状进行GWAS分析，在10染色体鉴定到一个主效位点，命名为Pf位点。基因组和转录组分析表明，StMYB200和StMYB210可能是Pf位点的候选基因。基因编辑试验表明StMYB200和StMYB210均参与调控薯肉花青素的积累，是Pf位点的候选基因。转录组分析发现类黄酮和花青素合成通路中的大部分结构基因在敲除株系中显著下调，进一步表明StMYB200和StMYB210调控薯肉花青素合成。RT-qPCR结果显示这两个基因敲除基本不影响StMYB200的表达，但显著下调StMYB210的表达，特别是StMYB200敲除株系中，StMYB210几乎不表达，表明这两个MYB转录因子之间可能存在调控关系。
Hortic. Res | 马铃薯块茎形成机制
2025年1月3日，Horticulture Research上线了上海交通大学农业与生物学院和中国农业科学院蔬菜花卉研究所合作完成的题为 Regulation of storage organ formation by long-distance tuberigen signals in potato 的综述论文。
本文回顾了马铃薯块茎形成的发育过程，并深入剖析了StSP6A在这一过程中的核心作用。StSP6A在叶片中的表达受到光周期和温度的调控，由叶片合成的StSP6A蛋白通过长距离运输到地下匍匐茎顶端。在这一过程中，StSP6A与其他核心转录因子形成“块茎原激活复合物”（Tuberigen activation complex，TAC），从而有效促进块茎的形成。与此同时，StSP6A通过调控多种激素信号通路（如生长素、细胞分裂素和赤霉素）和糖分分配途径，促进细胞分裂与膨大，从而完成块茎的发育。此外，StSP6A在块茎发育中的自我调控功能及其与糖代谢相关通路的相互作用，为探索块茎形成的分子基础提供了新的研究视角。这些发现不仅加深了对块茎形成信号网络的理解，也为马铃薯遗传改良和分子育种提供了全新策略。
Nat. Commun | 马铃薯杂种优势遗传机理解析
2024年10月5日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（基因组所）黄三文、张春芝课题组联合华中农业大学杨万能课题组在Nature Communications期刊上发表了题为“Integrative multi-omics analysis reveals genetic and heterotic contributions to male fertility and yield in potato”的研究论文，通过对二倍体杂交马铃薯“优薯1号”F2群体的大规模遗传与多组学分析，解析了其产量与育性杂种优势产生的遗传机理，克隆了对马铃薯育性杂种优势具有重要作用的显性效应基因PV1，为马铃薯杂交育种提供了宝贵的遗传资源。
