草莓品种‘月心’单倍型解析染色体水平基因组组装揭示果实品质改良的遗传基础

　　本研究针对草莓果实品质遗传基础不明的问题，通过PacBio HiFi和Hi-C测序技术完成了栽培草莓品种‘月心’（Fragaria × ananassa cv. Yuexin）的单倍型解析染色体水平基因组组装（875.84 Mb，N50 27.6 Mb），鉴定出26,485个与‘卡玛罗莎’品种的结构变异（SV），定位到细胞壁代谢、苹果酸代谢和香气合成相关基因的启动子或编码区。该成果为草莓分子设计育种提供了重要资源，发表于《Scientific Data》。

　　

草莓基因组研究的突破与挑战
草莓作为全球重要的经济水果，其复杂的八倍体基因组（2n=8x=56）一直是遗传研究的难点。尽管2019年首个染色体水平的‘卡玛罗莎’品种基因组发布，但单倍型分辨率不足限制了等位基因变异的精准解析。中国主栽品种‘月心’因其独特的果实软度和香气特征成为研究焦点，但其遗传改良机制尚未阐明。

浙江大学联合江苏省农业科学院的研究团队在《Scientific Data》发表了‘月心’草莓的高质量基因组。通过整合PacBio HiFi长读长（85X覆盖度）、Hi-C（111X）和Illumina短读长数据，构建了包含两个单倍型（867.93 Mb和823.17 Mb）的染色体水平组装，并利用SubPhaser成功将八倍体基因组划分为四个亚基因组。比较基因组分析发现，与亲本‘卡玛罗莎’相比，‘月心’存在26,485个结构变异（SV），其中70%位于基因间区，29.9%影响11,414个编码基因，包括23个与果实质地、有机酸和香气相关的关键基因。

关键技术方法
研究采用CTAB法提取叶片DNA，通过PacBio Sequel II平台生成73.25 Gb HiFi数据，结合Hi-C（95.4 Gb）和Illumina短读长（55.89 Gb）进行Hifiasm组装。利用Juicer和3D-DNA进行染色体挂载，RepeatModeler注释重复序列（51.25%为转座元件），MAKER整合RNA-Seq和同源证据预测110,776个蛋白编码基因。结构变异通过minimap2和SyRI鉴定，PCR验证了6个SV的准确性。

研究结果

1. 基因组组装质量
   初级组装和两个单倍型的N50分别达27.6 Mb、27.3 Mb和27.6 Mb，BUSCO完整性达99.07%，LAI指数15.8，QV值47.1，显示高度连续性和准确性。

2. 亚基因组与重复元件
   LTR逆转录转座子占基因组的22.92%，通过“差异k-mer”特征将八倍体基因组划分为四个亚基因组（Supplementary Figure S3）。

3. 结构变异的功能影响
   启动子区的SV影响5,590个基因，如细胞壁修饰酶（PME）和苹果酸转运体（ALMT）基因。基因体内的SV可能导致‘月心’与‘卡玛罗莎’果实硬度差异（Supplementary Table S5）。

4. 非编码RNA注释
   鉴定出8,248个ncRNA，包括1,482个rRNA和444个miRNA，为调控网络研究提供基础（Supplementary Table S4）。

结论与意义
该研究首次实现了‘月心’草莓的单倍型解析基因组，揭示了亚基因组间动态进化关系。发现的SV为解释果实软度、酸度和香气差异提供了分子标记，推动草莓从传统育种向精准分子设计转型。数据集（GCA_045269825.1）将丰富蔷薇科植物泛基因组框架，为多倍体作物遗传研究树立新范式。

（注：文中所有技术术语如Hi-C（高通量染色体构象捕获）、BUSCO（基准通用单拷贝直系同源基因评估）均在首次出现时标注英文全称，专业符号如2n=8x=56保留原文格式）