案例4
研究背景
猕猴桃因维生素C含量非常高而被称为“水果之王”。猕猴桃的起源中心在中国西南部的山脉和山脉中。猕猴桃 的驯化历史很短，始于20世纪初期，种子被引入新西兰。经过数十年的驯化，猕猴桃已幵发了许多品种。本研究对在中国广泛种植的杂合猕猴桃“Hongyang”（A.chinensis）的基因组进行测序分析。该基因组序列的可用性不仅为了解猕猴桃及其野生近缘种的特定农学重要性状的潜在分子基础提供了见解，而且还为阐明Ericales系的进化过程提供了宝贵资源。
方法流程
研究结果
基因组测序组装注释
组装结果：二代组装616.1 Mb（流式预估758 Mb）。总共鉴定出约222 Mb（占装配的36%）的重复序列，绝大多数为逆转录转座子，其中长末端重复序列（LTR）家族最为丰富（13.4%）。此外，DNA转座子占4.75%。总共预测了39,040个蛋白质编码基因。
猕猴桃与其他植物基因组比较分析
对猕猴桃、拟南芥、水稻、葡萄和番茄进行比较基因组分析。在直系同源基因簇中，五个物种共有的有7,985 个，双子叶植物（奇异果，拟南芥，葡萄和番茄）间885 个。GO功能表征表明，337个与水果品质相关的基因，包括与类黄酮，苯丙烷，花色昔和寡糖代谢有关的基因。
计算猕猴桃-葡萄，拟南芥-葡萄和番茄-葡萄的直系同源基因对的进化速率。发现猕猴桃（0.064）中非同义（Ka）与同义（Ks）核苷酸取代率的平均比（）大于拟南芥（0.055）和番茄（0.052）,表明多样化选择可能在猕猴桃中更强。
将猕猴桃分别与番茄、马铃薯和葡萄进行比较，鉴定出大量的同义区域。4DTv分析发现猕猴桃中首先发生一个核心双子叶植物共享的古老的WGD（事件），两个最近的WGD事件（图2）,分别为Ad-和Ad-, 发生在大约26.7和72.9-101.4百万年前。
猕猴桃中的基因扩张和新功能化
扩张基因：抗坏血酸的生物合成的基因家族，包括Alase（醛酸内酯酶）、APX（L-抗坏血酸过氧化物酶）和MIOX（肌醇加氧酶），以及负责从其氧化形式再生抗坏血酸的基因，包括MDHAR（单氢抗坏血酸还原酶）。系统发育分析结果表明，猕猴桃中最近出现的两个WGD导致了其他基因家族成员的进化，从而有助于猕猴桃果实中的高维生素C积累。
RNA-seq及营养代谢物含量检测表明，在类胡萝卜素、类黄酮和叶绿素代谢途径中，几乎所有确定的扩增基因都得到表达, 显示出时间和组织的特异性。
猕猴桃中的抗病基因
共鉴定出96个NBS-LRR基因。但数据表明，NBS-LRR基因在猕猴桃中没有处于强选择压力下。且NBS-LRR基因的分布不是随机的，其中近三分之一位于基因组的10个簇中，这表明它们主要通过串联重复进化。共鉴定出261个假定的模式识别受体基因，这些基因编码具有LRR结构域的受体样激酶（RLK-LRR）。
总结
本研究组装了一个杂合猕猴桃基因组草图，总长度为616.1 Mb,包含39,040个基因。比较基因组分析显示，猕猴桃经历了一个古老的六倍体化事件，以及两个更近的全基因组重复事件。并找到了一些参与维生素C、类黄酮和类胡萝卜素代谢以及抗性的基因。猕猴桃基因组的解析不仅为生物发现和作物改良提供了宝贵的资源，作为Ericales中第一个被测序的物种，也有助于Ericales进化和比较基因组学分析。
参考文献
案例5
研究背景
鹦鹉螺是古生代以来灭绝的数百个头足类属中唯一幸存的外壳头足类，其在漫长的演化历程中依然保留了祖先特征，如螺旋外壳和针孔眼等。鹦鹉螺壳室为黄金比例的对数螺旋形式，由坚固的文石晶体阵列组成，导致其高度的静水稳定性；鹦鹉螺独特而简单的针孔眼，没有晶状体或角膜，为阐明眼睛的进化提供了极好的原型模型。因此，研究鹦鹉螺的基因组可以为头足类动物的进化驱动因素提供见解，并为物种保护提供重要理论基础。
方法流程
研究结果
鹦鹉螺基因组构建及特征分析
通过三代技术组装了730.58Mb鹦鹉螺基因组（survey预估753.09Mb）, contigN50=1.1Mb, BUSCO评估为91.31%o。注释17,710个编码蛋白基因（BUSCO为93.46%）,基因数为章鱼和鱼尤鱼的52.6-60.5%。在头足类动物中可以观察到逆转录转座子（LINE和LTR）爆发，鹦鹉螺基因组中没有最近的TEs扩增，证实了反转录转座子在推动其基因组进化中的关键作用。鹦鹉螺基因组中特异性扩增了18个着丝粒蛋白B（CENPB）结构域的基因，而CENPB扩增可能是维持古基因组完整性的因素。
系统发育分析和种群规模估计
对16个头足类物种基因组构建进化树，结果证实鹦鹉螺是coleoids的姐妹类群，它们的分化时间在志留纪-泥盆纪边界附近（4.226亿年前）（图1）,古软体动物的分化和物种形成始于埃迪卡拉纪时期，在此期间，早期后生动物出现了逐渐多样化和生物新颖性。种群历史动态分析显示，在中新世之交，鹦鹉螺种群呈逐步扩大的趋势。然而它们的上升在中更新世过渡的早期阶段停止，这与基本的气候变化相一致。在38万年前鹦鹉螺种群数目锐减（接近于40万年前左右的中布容事件（MBE））,表明鹦鹉螺对海洋环境变动非常敏感。
Homeobox基因聚集分析与针孔眼的演变
比较多个谱系中Hox簇的组织结构，显示鹦鹉螺基因组包含一套完整的软体动物Hox基因。而无壳的夏威夷短尾乌贼中的Hox2缺失、双斑艄中的Hox2-Hox4缺失、加利福尼亚海兔Hox2, 和Antp缺失，表明Hox簇完整性的破坏可能与软体动物谱系中外壳的进化丢失有关。
通过Maf大家族成员表达及上游序列转录调控位点分析表明，鹦鹉螺基因组中晶状体发育的关键转录因子NRL/Maf的缺失和晶状体形成蛋白的基因家族收缩，共同促进了鹦鹉螺针孔眼的形成。表达模式分析显示r-视蛋白(r-opsin)及其相关信号级联主要在眼睛中表达(图2)，表明其主要作用在于介导鹦鹉螺中的横纹肌节光转导。鹦鹉螺仅保留最简单的光信号传导通路和唯一的感光分子，使其无法分辨颜色。包括基因缺失、特定基因家族的独立收缩和扩张以及相关调控网络的存在在内的多种基因组共同推动了鹦鹉螺针孔眼的进化。
壳的形成及免疫系统分析
贝壳基质蛋白中的大多数在套膜中表达特别高，证实了套膜在壳形成中的中心作用。硏究还发现鹦鹉螺壳基质蛋白存在全新的低复杂重复基序(RLCDs),这可能与鹦鹉螺独特的壳结构相关。另外，系统比较软体动物壳基质蛋白发现，RLCDs的平行进化可能是软体动物生物矿化的基本规律。
在鹦鹉螺基因组中鉴定到特有基IL17R、H-lectinh和IL1 (图7b),支持了鹦鹉螺比其他头足类动物保存更完整的免疫分子库的假设。鹦鹉螺的基因组中C型凝集素基因、IFN诱导型GTPases(IIGPs)发生了显著扩增，系统发育分析进一步显示，鹦鹉螺中有几个谱系特异性凝集素基因独立复制，其大规模扩张可能导致了显著的内在多样性的产生。天免疫系统与基因特异性基因扩增相结合有助于建立宿主对各种入侵病原体的复杂反应。
总结
本研究通过鹦鹉螺基因组测序和进化分析，揭示了针孔眼形成和生物矿化的演变规律，并结合转录组、蛋白组、基因家族及系统发育等分析对针孔眼、壳形成机制进行了深入剖析。相关的研究成果对鹦鹉螺的生物学研究、遗传资源保护以及头足动物的适应性演化都将发挥重要的推动作用。