《Horticulture Research》：Haplotype-resolved genome assembly provides insights into the evolutionary origin of waterlogging-tolerant Actinidia valvata hexaploid
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本研究通过构建首个六倍体对萼猕猴桃单倍型基因组，揭示了其由二倍体葛枣猕猴桃和四倍体大籽猕猴桃杂交形成的异源六倍体进化起源。研究发现其耐涝性源于亚基因组优势表达和酒精发酵途径的适度激活，为果树抗逆育种提供了重要基因组资源和理论依据。
猕猴桃作为重要的经济果树，其浅根系特性使其对水涝胁迫极为敏感。在低洼平原地区，暴雨导致的田间积水如果不能及时排出，会对猕猴桃植株造成严重损害，甚至导致死亡。然而，猕猴桃属植物在水涝耐受性方面表现出显著的遗传多样性差异，其中对萼猕猴桃（Actinidia valvata）作为广泛使用的耐涝砧木，在猕猴桃栽培中发挥着重要作用。
为了解决对萼猕猴桃耐涝性的分子机制和进化起源这一科学问题，安徽农业大学刘永胜教授团队在《Horticulture Research》上发表了最新研究成果。研究人员通过对野生对萼猕猴桃雄性个体"DE"进行PacBio HiFi和Hi-C测序，成功组装了包含6个单倍型、174条伪染色体的单倍型基因组，揭示了对萼猕猴桃是一个异源六倍体，其基因组由两个不同的亚基因组组成：一个与葛枣猕猴桃（A. polygama）密切相关的二倍体亚基因组（亚基因组A），以及一个与大籽猕猴桃（A. macrosperma）密切相关的同源四倍体亚基因组（亚基因组B）。
研究团队运用了多项关键技术方法：采用PacBio Sequel II平台产生高保真读长，结合BGI DNBSEQ-T7平台的Hi-C数据，使用hifiasm进行初步组装，再通过改进的ALLHiC流程进行单倍型分型；利用OrthoFinder和r8s进行系统发育分析和分化时间推断；通过RNA-seq分析水涝胁迫下的基因表达变化；采用WGCNA构建基因共表达网络；通过酵母单杂交和双荧光素酶报告系统验证转录因子与靶基因的调控关系。实验材料包括对萼猕猴桃"DE"和中华猕猴桃"红阳"的根系样本，在不同水涝处理时间点（0、1、2、3天）采集进行转录组分析。
单倍型基因组组装揭示六倍体进化起源
研究人员成功组装了对萼猕猴桃"DE"的单倍型基因组，六个单倍型（hap1-hap6）的基因组大小分别为549.37 Mb、536.98 Mb、472.60 Mb、467.67 Mb、444.30 Mb和445.96 Mb。通过KAT程序评估组装质量，BUSCO完整性评估显示胚胎植物基因集的完整度达到99.5%，LTR组装指数（LAI）在14.40-17.35之间，表明获得了参考级别的基因组组装。
系统发育分析表明，对萼猕猴桃的两个亚基因组分别起源于不同的祖先物种。亚基因组A（hap1和hap2）与葛枣猕猴桃亲缘关系最近，而亚基因组B（hap3-hap6）与大籽猕猴桃聚为一支。同义替换率（Ks）分析估计两个亚基因组的分化时间约为7.52-8.26百万年前，而最近的两次全基因组复制事件发生在约0.44百万年和0.88百万年前。叶绿体基因组系统发育分析显示，对萼猕猴桃的叶绿体基因组与葛枣猕猴桃聚为一类，表明葛枣猕猴桃可能是其父本祖先。
结构变异与亚基因组优势表达
比较基因组分析揭示了六个单倍型之间的显著结构变异。与hap1相比，其他单倍型存在大量单核苷酸多态性（1,610,956-1,897,909个）、插入缺失（77,280-161,918个）以及倒位、易位和重复等变异。研究人员在六个单倍型中分别注释到30,353、29,975、26,322、25,649、25,371和24,892个蛋白质编码基因。
等位基因特异性表达分析显示，在7,023个具有六个等位基因的位点中，6,233个（88.75%）表现出明显的等位基因特异性表达模式。亚基因组B（hap3-hap6）中的基因表达水平普遍高于亚基因组A（hap1-hap2），表明存在亚基因组优势表达现象。特别是在ERF基因家族中，58个具有六个等位基因的位点均表现出明显的表达不平衡，hap1/hap2的表达水平低于其他四个单倍型。
耐涝性分子机制解析
通过对水涝胁迫下基因表达的分析，研究人员揭示了对萼猕猴桃耐涝性的分子基础。与敏感品种中华猕猴桃"红阳"相比，对萼猕猴桃"DE"在涝胁迫下表现出不同的转录调控模式。在对萼猕猴桃中，厌氧呼吸相关基因（如ADH1、PDC1）的表达上调较为温和，而活性氧清除和细胞稳定性相关基因的表达则更为显著。
研究发现，NAC转录因子在调控水涝响应中发挥重要作用。酵母单杂交和双荧光素酶报告实验证实，AcNAC010能够直接结合AcADH1启动子并激活其表达，而AvNAC010对AvADH1启动子的激活作用较弱。这一发现扩展了植物水涝响应调控网络，表明除了已知的ERF、WRKY和MYB转录因子外，NAC转录因子也参与调控厌氧呼吸关键基因。
基因家族进化与适应性
比较基因组学分析揭示了基因家族的扩张和收缩模式。在对萼猕猴桃中，与水涝耐受性相关的基因家族如谷胱甘肽S-转移酶（GST）、病程相关蛋白和细胞壁修饰酶等发生扩张，而与生长发育和次级代谢相关的基因家族则发生收缩。这种"增强防御相关功能，缩减非必需功能"的进化模式可能是对萼猕猴桃耐涝性强的重要基础。
加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定出7个与水涝耐受性相关的共表达模块，其中MEblue模块与水涝耐受基因集的表达高度相关。网络分析发现ADH1、CIPK25、GSTU17、TPS11、RBOHD、SUS3等基因以及WRKY、ERF、NAC和MYB等转录因子在多个共表达组中存在交集，形成了复杂的水涝响应调控网络。
研究结论表明，对萼猕猴桃的耐涝性源于其特殊的基因组结构和表达调控机制。其异源六倍体特性通过亚基因组优势表达实现了基因功能的优化分配，使能量代谢和应激响应达到最佳平衡。对萼猕猴桃通过适度激活厌氧发酵途径、增强活性氧清除能力和维持细胞稳定性，在涝胁迫下保持较高的根系活力，从而表现出较强的耐受性。
这项研究不仅提供了高质量的对萼猕猴桃基因组资源，而且深入揭示了多倍体植物通过亚基因组分化适应环境胁迫的进化机制，为理解植物水涝耐受性的分子基础提供了新视角，对果树抗逆育种具有重要的理论和实践意义。
