多倍化是植物演化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力之一，在物種形成、環(huán)境適應(yīng)、表型可塑性等方面具有重要意義。多倍化也是植物進(jìn)化和育種應(yīng)用的重要機(jī)制，對(duì)物種遺傳組成和習(xí)性有深遠(yuǎn)的影響，如基因劑量效應(yīng)、減數(shù)分裂行為改變等。現(xiàn)今廣泛栽培的鳳梨草莓 (Fragaria × ananassa) 為異源八倍體(2n = 8x = 56)，其基因組具有高雜合性與高倍性的特點(diǎn)。隨著測(cè)序技術(shù)與分型算法的發(fā)展，高質(zhì)量的單倍型基因組解析成為可能，但尚未有研究系統(tǒng)評(píng)估分型策略對(duì)多倍體基因組解析的影響。植物著絲粒是確保染色體在細(xì)胞分裂中精準(zhǔn)分離的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其主要功能由組蛋白 H3 變體 CENH3 介導(dǎo)，該蛋白標(biāo)記動(dòng)粒組裝位點(diǎn)。因此，八倍體草莓的 CENH3 特異性抗體的制備與著絲粒準(zhǔn)確鑒定至關(guān)重要，是理解多倍體遺傳習(xí)性的基礎(chǔ)。

近日，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)，云南省作物野生近緣種現(xiàn)代組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱安丹專(zhuān)題組通過(guò)整合不同類(lèi)型數(shù)據(jù)，構(gòu)建了八倍體草莓完全分型基因組，并深入解析了八倍體草莓的著絲粒演化特征：

1)八倍體草莓基因組單倍型分型組裝優(yōu)化：研究以栽培草莓 “Albion”דAkihime” 的雜交F1后代 “EA78” 為材料，通過(guò)仔細(xì)評(píng)估不同分型策略，發(fā)現(xiàn) Trio-binning 能夠全局分型但連續(xù)性較低，Hi-C僅能局部分型但連續(xù)性高?；诖?，該研究提出了 “Two-step” 分型組裝流程，結(jié)合二者優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了近乎完整的八倍體草莓 “EA78” 全局分型基因組 (Hamming error rate: 0.042% | 0.042%)。

2) 著絲粒衛(wèi)星的轉(zhuǎn)變及新著絲粒的鑒定：基因組分析和FISH實(shí)驗(yàn)顯示，八倍體草莓 “EA78” 六條染色體丟失了147 bp 著絲粒保守的衛(wèi)星序列簇。通過(guò)CENH3 ChIP-seq實(shí)驗(yàn)成功鑒定出了6個(gè)新著絲粒 (neocentromeres) 及3類(lèi)新著絲粒衛(wèi)星，保守著絲粒衛(wèi)星簇與新著絲粒之間的序列相似性密度呈雙峰分布，表明這些區(qū)域的序列保守性存在顯著差異。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)了染色體 4C_mat 發(fā)生了著絲粒重定位現(xiàn)象。

3) 野生與栽培八倍體草莓著絲粒衛(wèi)星的演化：研究通過(guò)提升已發(fā)表的 F. chiloensis 和 F. virginiana 基因組連續(xù)性 (Jin et al.,2023 Nature Plants)，系統(tǒng)比較了野生與栽培八倍體草莓的著絲粒衛(wèi)星及其高階重復(fù)結(jié)構(gòu)特征。相較于二倍體祖先 F. vesca，野生八倍體草莓的著絲粒長(zhǎng)度和衛(wèi)星簇豐度顯著擴(kuò)張 (P < 0.05)，且在栽培草莓中進(jìn)一步增強(qiáng)，表明多倍化和馴化可能推動(dòng)了著絲粒的結(jié)構(gòu)演化。

研究成果以 A fully phased octoploid strawberry genome reveals the evolutionary dynamism of centromeric satellites 為題，在國(guó)際期刊 Genome Biology 上在線發(fā)表，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所博士后金鑫為論文的第一作者，博士生杜海媛為論文的共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所朱安丹研究員為論文的通訊作者。本研究得到了云南省高層次人才引進(jìn)計(jì)劃、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃重大項(xiàng)目與重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。