大蒜是百合科葱属植物，作为日常饮食中不可缺少的调味佳品，年前就开始在中亚和西亚地区栽培，到现在预估总栽培面积达万公顷，年产量万公吨以上，具有显著的营养价值和药用价值。大蒜含有的大蒜素是其强烈的刺激性和特有的辛辣味的主要来源，现代科学证明具有对抗病菌、抗氧化和防止动脉硬化等药理活性。大蒜作为首个完成基因组测序的葱属植物，对于研究基因组扩张和物种进化具有重要意义。
年7月27日，MolecularPlant在线发表了第一个染色体级别的大蒜基因组图谱。中国农业科学院麻类研究所刘头明研究员、粟建光研究员和西北农林大学程智慧教授为该研究的通讯作者，山东农业大学孙秀东副教授、李宁阳副教授和乔旭光教授，中国农业科学院麻类研究所朱四元研究员，程毅副研究员，诺禾致源赵静为并列第一作者。大蒜基因组非常大，预估大小16.9Gb，同时基因组重复序列占比高达91.3%，是迄今为止发现的重复序列比例最高的基因组，增加了基因组组装的难度。该研究利用PacBioSMRT数据进行大蒜基因组组装，Illumina数据进行纠错，10XGenomics连接关系进一步挂载和调整Contig排序和定向，之后基于HiC技术将大蒜挂载到8条染色体，最终组装总长16.Gb，基因组覆盖度达到91.3%，得到了高质量染色体级别的大蒜基因组图谱。基于Nanopore长读长数据评估contig连接准确性，结果发现82.6%的gap可以被nanoporereads跨过去。同时，BUSCO评估和CEGMA评估也证明大蒜基因组组装质量较好。图1大蒜基因组HiC挂载结果该研究发现大蒜与天门冬科芦笋在大约80.8百万年前发生了分化。为了预估大蒜全基因组复制（WGD）事件，先后用了四倍简并位点（4DTv）、同义替换（Ks）和马尔可夫聚类算法（MCL）三种方法，发现大蒜在进化过程中共发生了三次全基因组复制（WGD）事件，最早一次WGD事件预估发生在-百万年（MYA）间，第二次发生在与芦笋分化之前（约89.8MYA），最近的一次WGD事件发生在17.9MYA。相比芦笋基因组，大蒜基因组重复序列LTR在约0.2-0.3MYA前发生急剧扩张。因此，该研究推断大蒜的三次全基因组复制事件及重复序列急剧扩张是导致大蒜超大基因组形成的主要原因。图2大蒜基因组WGD事件
大蒜的辛辣气味主要来源于液泡里的大蒜素。大蒜基因组中含有60个蒜氨酸酶基因，与水稻、拟南芥和芦笋等其他物种相比明显发生了扩张。其中38个蒜氨酸酶基因在不同组织中都有表达，其中4个串联重复基因（Asa5G.1，Asa5G.1，Asa5G.1和Asa5G.）在鳞茎组织中显著高表达，并在鳞茎生长过程的8个时期中表达量呈上升趋势。同时，这些基因序列和表达模式相似，基因的同步表达增加了蒜氨酸酶的积累。该研究推测这4个串联重复基因可能负责大蒜素的生物合成，确定了大蒜素的生物合成通路。
图3大蒜素生物合成通路
关于我们按照领域主要研究方向，诺禾致源动植物研究部细分为蔬菜花卉、中药、烟草、林木、粮食作物、经济作物、濒危动物、畜牧和无脊椎等多个专业研究团队，分别为不同领域科研人员提供专业全面的测序分析服务，提供商业、个性化定制和合作等多种服务方式，满足不同层次客户的科研需求。仅年上半年，动植物方向累计发表23余篇文章，文章发表于Science、NaturePlants、NatureCommunications、MolecularPlant、PNAS等国际顶级期刊上。动植物合作组宋晓娜
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孙翠翠丨编辑
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