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Sysmex Partec倍性分析仪助力解析苹果属遗传多样性全景图

2026-07-06     来源:本站     点击次数:77

近日，中国农业大学韩振海教授团队在《Nature Genetics》发表研究成果，“Pan-genome analysis reveals the evolution and diversity of Malus”基于30份苹果属植物高质量基因组，系统解析了苹果属数千万年的演化历程，并构建首个苹果属图形泛基因组，发布苹果属遗传多样性全景图。《Nature Genetics》专门配发 Research Briefing 重点推介该研究，凸显其在苹果属遗传与进化研究中的里程碑意义。

苹果属（Malus Mill.）作为温带多年生乔木属，具有重要的农业与生态价值，其多样性演化得益于杂交、多倍化及环境适应。然而，野生苹果属物种的基因组资源匮乏，阻碍了对其进化历史与遗传多样性的深入解析。

此研究对30个高质量苹果属基因组进行了测序与组装，涵盖20个二倍体与10个多倍体物种，代表主要进化谱系及地理分布群体。系统基因组分析揭示了古老的基因复制与转换事件，同时新定义了6种基因组类型（包括多倍体物种共有的祖先类型），并据此检测到广泛的基因渗入信号。基于图谱的泛基因组捕获了共享及物种特异的结构变异，助力开发抗苹果黑星病的分子标记。此外，通过选择清除分析流程，作者发现MdMYB5基因的突变在驯化过程中降低了抗寒性与抗病性。

此项研究推动了苹果属基因组学发展，不仅揭示了遗传多样性与进化机制，更为目标性状育种提供了新工具。
 

发表期刊：Nature Genetics
影响因子：31.8
发表时间：2025.4.16

该研究中的苹果属物种染色体倍性检测，由金迪智远生物科技完成。所使用的倍性分析仪（CyFlow Space）及倍性检测试剂盒（Cat. 05-5002, CyStain UV Precise P）和Celltrics植物过滤网（Cat. 04-0042-2316）均来自于金迪智远代理品牌德国Sysmex Partec。
 
图1    30个苹果属物种的染色体倍性分析（黑色字体的为二倍体，红色字体为多倍体）

主要研究内容
1. 基因组测序与组装
  • ‌目标‌：对30种苹果属（Malus）物种进行全基因组测序和组装，包括20个二倍体和10个多倍体物种，涵盖主要进化谱系和地理区域。
  • ‌方法‌：使用PacBio HiFi数据结合Hi-C技术进行基因组组装，实现染色体级别的组装质量。
2. 进化分析与系统发育树构建
  • ‌目标‌：解析苹果属的进化历史和遗传多样性。
  • ‌方法‌：通过OrthoFinder和HaMStR工具识别单拷贝基因，构建基因树，并推断物种树。利用贝叶斯分子定年法估计物种分化时间。
3. 全基因组加倍（WGD）事件分析
  • ‌目标‌：探究苹果属中的全基因组加倍事件及其对基因组演化的影响。
  • ‌方法‌：通过比较基因组学方法，在苹果属的祖先节点中检测到全基因组加倍事件，并分析基因加倍的保留模式。
4. 多倍体起源与杂交分析
  • ‌目标‌：解析多倍体苹果属物种的起源和杂交历史。
  • ‌方法‌：通过比较多倍体物种与其潜在二倍体祖先的基因组，利用系统发育分析和基因树-物种树一致性检测来推断杂交事件。
5. 泛基因组构建与结构变异分析
  • ‌目标‌：构建苹果属的泛基因组，揭示其遗传多样性。
  • ‌方法‌：利用图基泛基因组方法整合多种遗传变异，检测物种特异性的结构变异。
6. 选择性清除分析
  • ‌目标‌：识别苹果驯化过程中受到选择压力的区域和基因。
  • ‌方法‌：利用重测序数据和泛基因组图指导的选择性清除分析，开发IntervalConvertor工具，将不同参考基因组下的选择性清除区域转换为统一坐标系。
7. 功能验证
  • ‌目标‌：验证MdMYB5基因在苹果驯化过程中的功能变化。
  • ‌方法‌：通过基因表达分析、转基因实验和表型分析，探究MdMYB5基因在冷胁迫和病原菌抗性中的作用。
 
图2    基于系统基因组学的苹果属进化图谱

结论
  • 苹果属物种通过杂交、多倍化和环境适应实现了多样化。
  • 检测到苹果属中的古代基因加倍和转换事件，以及强烈的基因渐渗信号。
  • 泛基因组分析揭示了苹果属物种间的结构变异，促进了苹果抗黑星病分子标记的开发。
  • 选择性清除分析识别出MdMYB5基因在驯化过程中表达量下降，导致抗寒和抗病能力减弱。
Fig. 5
图3    MdMYB5基因在苹果驯化过程中受到选择压力，同时提升胁迫耐受性

创新点

  1. ‌大规模基因组测序与组装‌：首次对30个苹果属物种进行高质量的全基因组测序和组装，涵盖了广泛的二倍体和多倍体物种，为苹果属的进化研究提供了丰富的基因组资源。

  2. ‌泛基因组图构建‌：利用图基泛基因组方法整合了多种遗传变异，相比线性参考基因组在捕获选择性清除区域方面表现出明显优势。

  3. ‌多倍体起源与杂交历史的解析‌：通过比较基因组学和系统发育分析，详细解析了多倍体苹果属物种的起源和杂交历史，为理解多倍体物种的形成机制提供了新的视角。

  4. ‌功能性基因的发现与验证‌：通过选择性清除分析和功能验证实验，识别出MdMYB5基因在苹果驯化过程中的功能变化，为苹果抗寒和抗病育种提供了新的分子靶标。

  5. ‌生物信息学工具的开发‌：开发了IntervalConvertor工具，实现了不同参考基因组下选择性清除区域的统一转换和比较，提高了选择性清除分析的效率和准确性。

中国农业大学李威教授、美国哈佛大学初冲博士、美国宾夕法尼亚州立大学博士后张太奎、中国农大博士研究生孙昊宸、王世尧以及西北农林科技大学博士生刘泽远为本文共同第一作者。中国农业大学韩振海教授、美国宾夕法尼亚州立大学马红教授、初冲博士、北京化工大学韩永明教授、新西兰皇家植物与食品研究所Cecilia H. Deng博士、西北农林科技大学管清美教授为共同通讯作者。中国农业大学研究生王子俊、李慧、李玉琪以及熊瑶、李会霞、周博文等参与了相关工作。本研究得到国家现代农业产业技术（苹果）体系、中国农业大学2115人才培育计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划、拼多多-中国农业大学研究基金、111计划等项目支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41588-025-02166-6
文章部分引用“植物科学最前沿海外研究版”公众号内容，特此鸣谢。

金迪智远生物科技还新推出核型分析服务，可直接对染色体进行计数及分析，得到染色体直观证据。
 

关于金迪智远生物科技
金迪智远生物科技十四年致力于倍性分析整体解决方案，包括德国Sysmex Partec倍性分析仪销售与售后， 倍性分析试剂盒与 celltrics 滤网耗材销售，倍性检测服务、基因组大小预估服务、核型分析服务等。

以技术与专业为驱动，专注于单倍体育种、多倍体育种及杂交育种，为植物、动物育种科研机构和商业公司提供了超330台装机和29,000+次检测服务。

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