香蕉（Musa spp.）是世界上最大的草本植物,，大多數(shù)栽培香蕉是通過(guò)M. acuminata（AA）和M. balbisiana（BB）的種內(nèi)或種間雜交而產(chǎn)生的，因此香蕉基因組類(lèi)型豐富多樣,，主要有AAA,、AAB和ABB類(lèi)型。根據(jù)不同的食用方法,，香蕉可分為鮮食蕉（dessert banana）和主食蕉（cooking banana）,。香牙蕉（Cavendish）和Plantain兩者是鮮食和主食的代表品種類(lèi)型。美食蕉是Plantain類(lèi)型,，其具有高抗枯萎病,、高類(lèi)胡蘿卜素含量、淀粉降解慢等特點(diǎn),。Silk也是AAB類(lèi)型,，我國(guó)稱(chēng)為“龍牙蕉”（ 代表品種是“過(guò)山香”），也是印度和東南亞國(guó)家最受歡迎的品種之一,，但其高感枯萎病,、類(lèi)胡蘿卜素含量極低。本研究以團(tuán)隊(duì)新選育的“美食蕉1號(hào)”和Silk品種為對(duì)象,，采用PacBio HiFi, CLR, ONT ultralong和Hi-C測(cè)序, 完成了其單倍型基因組的組裝解析（圖1）,，并對(duì)其進(jìn)行了深入分析，為闡明香蕉遺傳多樣性奠定了基礎(chǔ),。

圖1. Plantain和Silk的基因組特征

了解種間基因的滲入模式有助于揭示栽培香蕉起源,，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析基因組來(lái)源，首次精確闡明了Plantain和Silk的祖先貢獻(xiàn)（圖2）,。對(duì)于Plantain,，M. acuminata ssp. banksii貢獻(xiàn)85.54%，M. acuminata ssp. malaccensis貢獻(xiàn)5.07%,，M. acuminata ssp. zebrina貢獻(xiàn)3.11%,，M. schizocarpa貢獻(xiàn)4.06%，M. balbisiana貢獻(xiàn)0.36%,。對(duì)于Silk,，M. acuminata ssp. malaccensis貢獻(xiàn)59.86%，M. acuminata ssp. banksii貢獻(xiàn)29.22%,，M. acuminata ssp. zebrina貢獻(xiàn)9.55%,，M. schizocarpa貢獻(xiàn)1.06%。表明栽培香蕉的亞基因組A經(jīng)歷了極其復(fù)雜的雜交過(guò)程,，而亞基因組B是同質(zhì)的。

圖2. 三倍體香蕉Plantain和Silk基因組的祖先品種貢獻(xiàn)分析

同源基因丟失是多倍體化后的常見(jiàn)現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)基因丟失區(qū)域與同源染色體交換 (homoeologous exchange, HE) 區(qū)域顯著重疊,，表明HEs后染色體片段丟失是基因丟失的重要原因,。進(jìn)一步分析亞基因組A1, A2, B之間差異表達(dá)等位基因 (DEAs)，發(fā)現(xiàn)DEAs數(shù)目隨RNA樣本量呈對(duì)數(shù)線(xiàn)性增加,，樣本量達(dá)到35和23個(gè)時(shí)趨于穩(wěn)定,。共鑒定出52,338和49,388個(gè)DEA，DEA表現(xiàn)出比非差異表達(dá)等位基因（EEA）具有更高的Ka/Ks值,，表明DEA可能進(jìn)化速率更快,。另外，DEAs的啟動(dòng)子,、外顯子,、內(nèi)含子、5’-非翻譯區(qū)( UTR)和3’- UTR等區(qū)域比 EEAs具有更高的SNP密度 (圖3),。

圖3. 三倍體香蕉單倍型的亞基因組分化和表達(dá)分析

為了分析Plantain和Silk對(duì)Foc TR4抵抗力的差異,，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了田間和盆栽實(shí)驗(yàn)，Silk表現(xiàn)出典型的感染癥狀（葉子變黃和假莖分裂）,，Plantain并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的感染跡象 (圖4),。侵染1周（1 wpi）后，Plantain上調(diào)基因數(shù)量（DEGs,，1,663）顯著高于Silk（DEGs,，901），KEGG富集顯示Plantain的DEGs在抗性途徑中高度富集,，Silk在與抗病性無(wú)關(guān)的代謝途徑中富集,，3wpi后Silk的DEG迅速增加?？傮w而言,，Plantain 在 Foc TR4 感染的早期階段比 Silk 表現(xiàn)出更多的 DEGs。通過(guò)功能驗(yàn)證,，發(fā)現(xiàn)一些新的轉(zhuǎn)錄因子可能通過(guò)強(qiáng)化細(xì)胞壁在植物防御中發(fā)揮重要作用,。

圖4. 三倍體香蕉Plantain和Silk對(duì)Foc TR4的抗性差異分析

香蕉富含類(lèi)胡蘿卜素和淀粉，這些物質(zhì)在不同品種的三倍體香蕉中含量差異較大,，本研究結(jié)合基因組,、轉(zhuǎn)錄組和表型數(shù)據(jù)探討了Plantain 和Silk中造成差異的遺傳基礎(chǔ)，從而幫助改善香蕉的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),。

本文第一單位為我院果樹(shù)所,，廣西大學(xué)陳玲玲教授、宋佳明副教授和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所盛鷗研究員,、易干軍研究員為論文共同通訊作者,，陳玲玲教授團(tuán)隊(duì)的博士研究生謝文召,、鄭宇宇和果樹(shù)所何維弟博士為論文的共同第一作者。香蕉遺傳改良團(tuán)隊(duì)的李春雨,、董濤,、楊喬松、胡春華,、畢方鋮,、鄧貴明、何維弟,、高慧君,、竇同心和劉思文，以及西南大學(xué)郭啟高和黨江波,，廣西大學(xué)蔡文國(guó)博士,，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張建偉教授等人參與了本文的研究?jī)?nèi)容。本研究得到了廣東省香蕉種業(yè)創(chuàng)新園項(xiàng)目(2022-NJS-00-001),、香蕉國(guó)家育種聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目(2022-NPY-00-003),、國(guó)家香蕉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-31-01）等多個(gè)項(xiàng)目的共同資助。

解讀供稿：果樹(shù)所  盛鷗