关键词：
荔枝
比较基因组学
全基因组重测序
群体遗传结构
全基因组关联分析
摘要：
荔枝（Litchi chinensis Sonn.）是无患子科（Sapindaceae Juss）荔枝属（Litchi Sonn.）的多年生乔木,是热带地区重要的经济果树,因其酸甜的口感以及丰富的营养物质深受消费者的喜爱。目前市场上有多个很受欢迎的荔枝品种,比如妃子笑、荔枝王、白糖罂、桂味和无核荔枝等,无核荔枝由于其无种核,食用方便,且口感好,被誉为荔枝珍品。高质量的参考基因组和丰富的遗传资源将有利于从基因组水平挖掘调控重要性状的基因以及对作物进行遗传改良。但是目前无核以及野生荔枝的基因组信息仍未解析,限制了相关优良性状的利用。同时,中国拥有丰富的荔枝种质资源,对荔枝种质进行重测序可以充分挖掘荔枝的遗传资源,加快育种进程。
为此,本研究对野生和无核荔枝进行了全基因组测序,并对来自6个地区的437份野生和栽培荔枝材料进行重测序。获得了两个荔枝品种染色体级别的参考基因组。基于无核荔枝参考基因组,对437份荔枝材料构建了遗传变异图谱。利用这些数据,对无核荔枝和野生荔枝的基因组差异以及果核有无差异进行了解析。对437份荔枝材料进行群体遗传分析,解析了荔枝的群体结构。根据荔枝的遗传多样性以及基因流动模式确定荔枝的驯化历史,同时鉴定了荔枝在驯化过程中受到选择的基因组区域以及关键基因。此外,对荔枝4个果实相关性状（果实重量、果皮颜色、果皮光滑度以及果实形状）,进行了全基因组关联分析。以上结果为研究荔枝的起源、进化和传播提供了观点和数据基础,为荔枝的遗传改良提供了理论基础。本研究取得的主要结果如下:
1.野生和无核荔枝高质量基因组
基于Nanopore、Hi-C和DNBSEQ-T7数据,组装得到染色体水平的野生及无核荔枝基因组。野生荔枝基因组大小为557.20 Mb,无核荔枝基因组为553.90 Mb。使用LAI、BUSCO和二代数据与基因组比对三种方法对基因组进行评估。野生和无核荔枝基因组的LAI值分别是10.51和11.89,BUSCO评估得到组装完整度分别为98.8%和98.5%,二代序列与两个参考基因组比对率分别为99.33%和99.40%,表明两个荔枝基因组具有较高的完整度和准确性。对基因组进行注释,野生和无核荔枝中分别含有36,036和36,550个蛋白编码基因,注释结果BUSCO评估分别为90.3%和91.6%。比较基因组分析显示荔枝与龙眼亲缘关系较近,两者在约12（10～15）MYA发生分化。基因组多倍化事件分析发现荔枝仅存在一次WGT（γ）事件。
2.野生和无核荔枝比较基因组分析及果核表型差异解析
通过对野生荔枝以及无核荔枝两个基因组进行比较,共鉴定出了7,032,729个高质量的SNPs,869,849个高质量的In Dels,以及2,359个PAVs区域。通过比较妃子笑有核荔枝,野生有核荔枝以及栽培种无核荔枝基因组之间的线性关系,发现无核荔枝相对于妃子笑和野生荔枝,在3号染色体上存在一段SV插入（SL03:10005961～11014631）。提取该区域的基因,通过对有核和无核材料的转录组分析,发现有5个基因在果核中的表达存在显著差异。功能注释结果显示,与水杨酸合成相关的基因SL03G0072670在无核荔枝种子（败育的胚珠）中高表达。根据以前报道,水杨酸和果核败育相关,猜测该基因能促进水杨酸合成,提高水杨酸含量,导致荔枝果核败育,进而导致无核性状的出现。
3.荔枝群体遗传学分析
利用无核荔枝作为参考基因组,从来自海南海口、海南霸王岭野生森林、广东、广西、云南以及福建6个地区的437份荔枝重测序样本中鉴定出了7,260,928个高质量SNPs,构建了具有高分辨率、高质量的荔枝SNP变异图谱。基于该变异图谱,进行了一系列的群体分析。进化树以及PCA结果显示,海口和霸王岭地区的荔枝出现在进化树基部,结果符合这两个地区的材料为野生种的观点。而广东和广西的荔枝品种亲缘关系较近,聚类在一起。群体结构的结果将437份荔枝种质按地区划分为6个亚群,分类结果与进化树及PAC结果一致。霸王岭和海口地区的LD衰减距离最小,衰减速度最快,而福建地区的LD衰减距离最大,衰减速度最慢。海口和霸王岭地区的π值相似,分别是1.1x10-3和1.8x10-3,广东和广西地区荔枝种质的π值分别为6.1x10-5和6.2x10-5,云南地区的π值为8x10-4,福建地区的π值为3x10-5。霸王岭和海口地区的π值最高,遗传多样性最丰富,而福建地区的π值最低,被驯化的群体有相对较小的遗传多样性,说明福建,广东以及广西地区的荔枝种质受驯化程度较高。霸王岭和福建地区之间的Fst值为0.3143,说明两地之间群体之间遗传分化程度较高,广东和广西两地之间Fst值为0.0046,说明两地群体之间遗传分化程度较低,该结果与进化树和PCA结果一致。
种群动
