案例六
研究背景
茶是世界上三种消费最广泛的非酒精饮料之一，具有多种经济、健康和文化价值。茶起源于中国西南部，并通过海上和陆地丝绸之路传播到世界几乎所有大陆。茶树经历了长期的自然选择和品种改良，以适应不同的生境和品饮需求。与野生茶树相比，持续品种改良明显增加了栽培茶树中与茶叶品质相关的次生代谢产物的含量。基于高质量的基因组和不同茶树基因组重测序来探索基因组变异，将有助于更好地利用这些宝贵的基因组资源，促进茶树的遗传改良。
方法流程
研究结果
茶树基因组的组装注释及杂合区域特征
对舒茶早的基因组进行PacBio测序，最终组装2.94 Gb基因组，contigN50=600.46 Kb(表 1)。通过Hi-C将86.73%的基因组挂载到15条假染色体上。BUSCO为93.9%, BACs比对—致性为99.31%,覆盖率为97.61%。LTR注释显示LAI score 为12.45。表明基因组组装具有高度完整性和准确性。
在开花植物中，基因组大小的扩张主要是由重复序列的爆发驱动的。舒茶早基因组含有2.55 Gb(86.87%)的重复序列，其中70.38%是LTR逆转座子，舒茶早基因组中大多数(73.93%)完整的LTR-RTs插入事件发生在最近或不到100万年(MYA)。大多数完整的LTR-RTs位于蛋白质编码基因的上游2 kb区域，表明它们对茶树基因表达具有重要的潜在调控。
茶树基因组进化与香气相关基因的扩増
舒茶早基因组的染色体水平组装有助于系统研究茶树和杜鹃目物种基因组的染色体进化轨迹。茶树最近的WGD事件(Ad-β)发生在杜鹃目共同祖先的全基因组三倍化(WGT-γ)之后(图1),这导致了祖先杜鹃目(AEK)和茶树基因组之间的一对应六的同源基因组区域配对。与猕猴桃、咖啡和可可相比，茶树中有91个基因家族发生快速扩张。GO功能富集分析显示，它们与萜烯合酶活性、UDP葡糖基转移酶活性、铵转运和细胞芳香化合物代谢过程相关。萜烯合酶(TPS)和UDP葡萄糖基转移酶(UGT)是与茶叶香气有关的两种重要酶。因此，这些家族的扩张可能有助于提高茶叶品质
茶树种群结构与适应性进化研究
研究者通过对来自老挝、俄罗斯、阿塞拜疆、伊朗和中国几乎所有产茶地区的81种栽培、古老和野生类型茶树资源进行重测序分析(~17X)，研究了茶树种群之间的关系和差异。为了研究茶树品种改良过程中的选择作用，研究者分别鉴定了古老和地方栽培种品系之间以及地方栽培种和优良品系之间的候选选择区域和基因。/θπ和Tajim's D鉴定的基因功能注释揭示了与环境适应和代谢有关的基因富集(图2)。同时，研究者发现了许多与茶叶品质和抗逆性相关的功能克隆基因，如苯丙氨酸解氨酶(PAL）基因、葡萄糖醛酸转移酶(UGT）基因、萜类合酶(TPS)等基因也在筛选中。
总结
该研究报道了一个染色体水平的参考茶树基因组，对与茶叶品质相关的基因组和基因进化提供了新的见解。同时还制作了野生和栽培茶树的高分辨率基因组变异图谱，并筛选出与茶叶品质和抗逆性有关候选基因。研究结果为我国未来茶树优异种质资源的科学保护、茶树重要农艺性状基因发掘、茶叶健康功效成分开发利用和遗传育种研究提供高质量数据资源和理论依据，同时也将促进了世界对茶的认识、传播和利用。
参考文献
案例七
研究背景
开心果(P. vera, 2n=30)双子叶植物纲、无患子目和漆树科，是起源于中亚和中东的腰果家族成员。它是一种沙漠植物，对盐渍土有很高的耐性。幵心果最近成为第五大坚果作物，除了具有经济、营养和药用价值外，对非生物胁迫也有很强的适应能力，被认为是一种能耐受干旱和盐碱胁迫的物种，是干旱和盐碱区重新造林的理想选择。
方法流程
研究结果
开心果的基因组进化
组装了671 Mb的基因组草图，ContigN50为75.7 Kb，Scaffold N50为949.2 Kb。转座因子占开心果基因组的70.7%，其中46.75%为LTR(长末端重复转座)。CEGMA结果为96.94%, BUSCO 评估为94.51%。
利用9个植物基因组单拷贝家族基因的系统基因组分析表明，开心果在58百万年前从柑橘中分离并在105百万年前从毛果杨中分离出来。开心果中没有发生谱系特异性基因组复制，但它们与真双子叶植物中发生的γ复制相同，而毛果杨经历了谱系特异性基因组复制事件。基因的扩张可能与野生黄连木中有机化合物的代谢有关。野生黄连木的植物化学筛选发现了许多植物化学物质，如生物碱、黄酮、香豆素、甾醇、单宁、萜类和倍半萜类。187个细胞色素P450基因中，发现许多可能具有耐盐功能。
RNA-seq掲示了开心果盐适应的遗传机制
开心果砧木(P.vera L.cv.Ohadi)的叶和根在正常条件和盐度条件下进行RNA测序。基因富集分析发现31个差异表达基因参与到“氧化还原进程”中(图2)。差异表达的基因富集到“几丁质结合”，其中四种 基因编码几丁质酶(CHIB,EP3,ChiC, AT2G43590)。植物几丁质酶涉及多种生物系统，针对环境胁迫(如高盐浓度，寒冷和干旱)而表达的。
开心果驯化历程
基于重测序数据，推测了这些物种的有效群体大小的变化，并发现在Pleistocene期间发生了瓶颈事件。野生和驯化开心果的分化时间在〜8000年前。群体结构和主成分分析等研究结果支持了其两步驯化的过程，初步驯化然后通过作物育种进行改良。
群体核苷酸多态性θπ分析揭示了驯化型种质的核昔酸多态性低于野生型种质，栽培种质中基因组上的一些区域的多态性降低，这些区域可能含有受到人工选择的基因。在开心果驯化的过程中，其树形大小经历了人工选择。研究人员发现了基因SAUR55(编码生长素应激蛋白，在植物的生长过程中发挥重要的作用)在开心果的人工选择下进化而来。转录组数据分析结果显示，驯化种与野生种相比，基因SAUR55表现出了显著增加的表达水平。基因CYCD7-1在人工选择的进化下，野生种和驯化的栽培种之间具有高度的群体分化特征，结果表示在CYCD7-1基因上进行的人工选择可能会改变开心果的重量。
总结
本文绘制了开心果的基因组草图，并对其进行了大规模的基因组重测序并进行了比较基因组分析，表明开心果的应激适应可能与细胞色素P450和几丁质酶基因家族的扩增有关。比较转录组学分析表明茉莉酸(JA)生物合成途径在开心果耐盐性中起着重要作用。重测序研究结果以提供对种群结构、遗传多样性和驯化的见解与思路。本研究为幵心果的局部适应和驯化提供了遗传学基础。黄连木属物种基因组序列有助于未来的研究，以了解沙漠作物农艺和环境相关性状的遗传基础。