近日，我校园艺学院叶乃兴教授团队联合中国农业科学院农业基因组研究所张兴坦研究员在国际植物学著名期刊Plant Biotechnology Journal（中科院TOP期刊，IF=9.8）发布福州长乐种‘福州单瓣茉莉花’与全国主栽种‘双瓣茉莉花’的高质量基因组，并且结合已发布的多瓣茉莉基因组数据，揭示不同瓣型茉莉花的分化与结构变异，填补了福州单瓣和双瓣茉莉花基因组学研究的空白。该结果为茉莉花的功能基因组学和遗传育种研究提供了宝贵的资源，也为茉莉花的产业化和标准化奠定基础。
茉莉花（Jasminum sambac (L.) Ait.）是木犀科素馨属的常绿小灌木植物，是当今最重要的窨茶用香花植物。我国是最大的茉莉花生产国，主产区为福建、广西、四川、云南等地。茉莉花的花型多样，包括单瓣（cv. unifoliatum）、双瓣（cv. bifoliatum）和多瓣（cv. trifoliatum）茉莉，这与它们的香气、产量和抗逆性有关，其中福州单瓣茉莉花香气鲜灵悠长，双瓣茉莉花香气浓烈。茉莉花是福州的市花，福州是茉莉花茶的发祥地和茉莉花茶的主产区。2014年“福州茉莉花与茶文化系统”入选“全球重要农业文化遗产”。在福州市农业农村局“福州单瓣茉莉花基因组技术研究”项目的支持下，福建农林大学叶乃兴教授团队针对福州单瓣和双瓣茉莉开展研究（图1）。
图1 福州单瓣和双瓣茉莉花发育过程
该研究首先通过流式细胞仪和核型分析对单瓣和双瓣茉莉花的基因组大小与染色体核型进行预估，根尖和叶细胞的核型分析表明，双瓣茉莉花为13 对染色体的二倍体核型，而单瓣茉莉花则是包含二倍体和三倍体细胞的嵌合体（图2a-c），这种不稳定的核型可能是目前单瓣茉莉花相较于双瓣茉莉花抗性较弱的重要因素。
结合PacBio HiFi和Hi-C技术获得了福州单瓣茉莉花和双瓣茉莉花的染色体级别参考基因组（图2d），分别为502.27和486.97 Mb大小，注释获得24,002和23,574个蛋白质编码基因。单瓣和双瓣茉莉花基因组的BUSCO指数为96.6 %，LAI指数达到28.16和24.35，均表明其极佳的组装水平（图2e）。结合最近发布的多瓣茉莉花基因组数据发现，茉莉花经历了一次额外的WGT事件，三种瓣型茉莉花可能是在240-30万年前产生分化（图2f-h）。
通过将福州单瓣茉莉花和双瓣茉莉花的原始HiFi 数据与多瓣茉莉花基因组进行比较，鉴定出大量的结构变异（图2i），单瓣与多瓣茉莉花的结构变异相关基因主要参与以丙酸代谢、淀粉和蔗糖代谢以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径为核心的能量代谢调控网络，这可能与单瓣茉莉花较弱的环境适应性有关，为福州单瓣茉莉花品种改良提供了理论依据（图2j和2l）。双瓣与多瓣茉莉花的结构变异相关基因主要参与以苯丙氨酸代谢和黄酮类生物合成途径为核心的花香调控网络（图2k和2m）。这些结果为后续福州单瓣和双瓣茉莉花的香气调控研究奠定基础。
图2. (a) 福州单瓣茉莉叶片和根尖细胞核型。(b) 双瓣茉莉叶片和根尖细胞核型。(c) 福州单瓣茉莉呈现二倍体和三倍体细胞的嵌合体。 (d) 单瓣和双瓣茉莉花基因组的基因组特征。(e) 组装和注释统计。 (f) 单瓣茉莉花和葡萄染色体之间的同源点图。 (g) 葡萄和3种瓣型茉莉花基因对的Ks分布。(h) 3种瓣型茉莉花的WGT和分歧时间示意图。(i) 结构变异相关基因的维恩图。(j)单瓣和多瓣茉莉花之间结构变异相关基因的KEGG注释通路。 (k) 双瓣和多瓣茉莉花之间结构变异相关基因的KEGG注释通路。(l)单瓣和多瓣茉莉花之间结构变异相关基因的KEGG调控网络。(m) 双瓣和多瓣茉莉花之间结构变异相关基因的KEGG调控网络。
单瓣和双瓣茉莉花基因组和转录组原始数据和注释数据已于2021年11月在国家基因组信息中心网站（https://bigd.big.ac.cn/）公开，总编号为PRJCA006739。
福建农林大学园艺学院叶乃兴教授、金珊讲师及中国农业科学院农业基因组研究所张兴坦研究员为该论文的共同通讯作者，福建农林大学2021届博士/中国农业科学院农业基因组研究所王鹏杰博士后、福建师范大学方静平副教授、福建农林大学林宏政实验师为该论文的共同第一作者。此外，福建农林大学杨江帆教授，陈桂信副教授，廖振阳、郑玉成博士，硕士研究生余嘉鑫、洪雅萍、蒋梦薇、谷梦雅及福州市绿色食品发展中心杨文文农艺师也参与了该项研究。该工作得到福州市农业农村局福州单瓣茉莉花基因组技术研究、福州茉莉花茶科技与全球重要农业文化遗产联合研究中心专项等项目的联合资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13820