菜豆属是世界上重要的食用豆类，目前菜豆属已发现70多个种，其中5种已经被驯化，分别是宽叶菜豆（P.acutifoliusA.Gray）、多花菜豆（P.coccineusL.）、丛林菜豆（P.dumosusMacfad.）、利马豆（P.lunatusL.）和普通菜豆（P.vulgarisL.）。利马豆（2n?=?2x?=?22）提供了丰富的营养物质，其种子的蛋白质含量超过20％，碳水化合物含量超过50％，并富含色氨酸，赖氨酸，甲硫氨酸等多种氨基酸。

利马豆可能起源于安第斯山脉北部，并从那里扩展到安第斯山脉和中美洲的其他地区，利马豆野生资源广泛分布于墨西哥北部到阿根廷北部，根据基因组数据，野生利马豆包括三个主要的基因库：两个中美洲（MI和MII）基因库和一个安第斯（AI）基因库。与普通菜豆相比，利马豆显示出广泛的生态适应性，主要表现在温度及干旱胁迫等气候变化关键条件的适应性上。深入理解利马豆的驯化过程及表型适应的遗传机制将有助于未来的作物遗传育种。此前，利马豆的遗传研究依赖于普通菜豆参考基因组，这对利马豆种质多样性分析产生一定程度的影响，并导致部分重要性状基因组位点信息的丢失。

近日，NatureCommunications在线发表了题为“ComprehensivegenomicresourcesrelatedtodomesticationandcropimprovementtraitsinLimabean”的研究论文，哥伦比亚国立大学MariaIsabelChacón-Sánchez教授为该论文的通讯作者。在这项研究中，作者组装了利马豆高质量参考基因组，提供了豆荚发育阶段的基因表达信息，并对近种野生和驯化种质进行基因组变异的全面评估。结合比较基因组学和群体遗传学方法绘制了物种间基因组遗传变异分布图，旨在为利马豆的遗传育种提供高质量的基因组资源。

首先，作者结合PacBioWGS和Illumina测序技术对利马豆品种G进行全基因测序组装和评估，PacBioWGS组装出个contigs，总长度达到Mbp。此外，作者以UC92和UCHaskell为亲本构建了包含份材料的重组自交系群体（F8），以93份RILs的多态性SNP标记构建遗传连锁图，来协助基因组的组装，连锁图总长度为cM，并发现连锁群内的重组率有较大区别，着丝粒和着丝粒周围区域的重组率最低，染色体末端的重组率较高。对利马豆基因组的基因进行预测和功能注释，总共预测了个genemodel和个转录本。

在UC92和UCHaskell的RIL群体中，鉴定出3个数量性状（开花期、百粒重和氰化物含量）的9个QTL位点，其中位于Pl01染色体的一个开花期主效QTL表型变异解释率高达78％，利马豆中Pl01染色体41Mbp位置的PlTFL1被认为是可能的候选基因。

作者进一步对注释基因的蛋白质序列比对后，构建个基因家族的旁系同源簇，并鉴定到个基因的染色体内复制事件。染色体内复制事件的Ka/Ks值显著比全基因组旁系同源基因的更大，表明这些复制事件的发散速度快于WGD旁系同源基因。同时，作者对该研究组装的利马豆基因组和普通菜豆基因组做了一个比较，观察到两个基因组之间共线性很高，但仍存在较大差异，例如，在染色体Pl10的短臂存在一个倒位现象；普通菜豆Pv02染色体的着丝粒区存在一个较大的移位，移至染色体Pl02的短臂处。这些染色体重排可能与利马豆和菜豆之间的生殖隔离相关。

为了更全面地评估利马豆的遗传结构，作者利用份野生和驯化的利马豆种质GBS数据进行分析，群体结构分析将这些种质划分成了6大类。对野生和驯化种群中进行LD分析表明，在野生MI和野生MII基因库中，LD衰减至约kbp的水平，而在驯化的MI、MII和AI种群中，LD衰减至约kbp的水平。同时，MI和MII地区种质的LD衰退比在AI地区种质中更快，这与之前观察到的中美洲种质具有更高的遗传多样性相符。

原文链接：