2024年1月30日，中國農業大學王贊團隊在Plant Biotechnology Journal，線上發表題為“The chromosome-level assembly of the wild diploid alfalfa genome provides insights into the full landscape of genomic variations between cultivated and wild alfalfa”的研究論文。組裝了一個二倍體紫花苜蓿（Medicago sativa ssp. caerulea，同源四倍體紫花苜蓿的祖先種）的高品質基因組，鑒定了二倍體和四倍體紫花苜蓿的拷貝數變異（CNV）和獲得/缺失變異（PAV）等結構變異，建構了第一個二倍體祖先種和四倍體栽培紫花苜蓿的結構變異圖譜；驗證了PAV基因MsNCR1在根瘤形成中的功能，以及F-box蛋白基因（MsSKIP23_1 and MsFBL23_1）在葉片發育中的功能，為紫花苜蓿重要農藝性狀相關基因挖掘提供了重要的基因資源。
紫花苜蓿是世界上最重要的豆科牧草，被譽為“牧草之王”。栽培紫花苜蓿為同源四倍體，由于其高度的雜合性和和自交不親和性，阻礙了紫花苜蓿重要農藝性狀的遺傳研究。二倍體紫花苜蓿被認為是同源四倍體栽培紫花苜蓿的祖先種， 組裝二倍體紫花苜蓿基因組、解析二倍體和四倍體紫花苜蓿的結構變異，有助于對紫花苜蓿多倍體化的認識，對挖掘與重要農藝性狀相關的關鍵遺傳位點和基因，加速紫花苜蓿分子育種具有重要意義。
研究人員利用三代PacBio、Bionano以及HIC技術，結合最先進組裝政策獲得了完整連續的高品質二倍體紫花苜蓿基因組。基因組大小為769 Mb，Contig N50達到了5.5 Mb，BUSCO評估結果達到98.5%，LAI得分達到21.26分，基因組品質達到“gold”參考基因組。以其為參考基因組，對64份二倍體紫花苜蓿種質進行重測序，群體結構分析将二倍體紫花苜蓿種質分為與地理分布高度相關的Southern 和Northern Group。
染色體水準的二倍體紫花苜蓿基因組組裝和群體遺傳結構分析
通過二倍體和四倍體紫花苜蓿（‘新疆大葉’）基因組的結構變異分析，在四倍體紫花苜蓿中鑒定到16,292 CNV減少基因和10,042 CNV增加基因，主要富集在植物激素信号轉導、内吞作用、植物與病原體的互相作用、苯丙酮生物合成等與植物發育和環境适應性相關的生物學途徑中。通過PAV分析，鑒定到6928個二倍體特異的基因組片段和72個二倍體PAV基因，以及104,985四倍體特異的基因組片段和1296個四倍體PAV基因。通過PCR以及表達量分析驗證了基因組以及結構變異分析的準确性。
CNV基因和PAV基因的鑒定
進一步利用發根農杆菌介導的遺傳轉化體系，在四倍體紫花苜蓿根中沉默MsNCR1表達，減少了根瘤的數量；相反，在二倍體紫花苜蓿中超表達MsNCR1，顯著增加了根瘤數量，表明了MsNCR1 是紫花苜蓿根瘤形成的重要調控因子。在二倍體紫花苜蓿中超表達MsSKIP23_1和MsFBL23_1，葉片變大；而在四倍體紫花苜蓿中沉默MsSKIP23_1和MsFBL23_1表達，葉片變小，驗證了MsSKIP23_1和MsFBL23_1調控紫花苜蓿葉片發育的功能。
MsNCR1調控根瘤形成的表型鑒定
MsSKIP23_1和MsFBL23_1調控葉片發育的表型鑒定
中國農業大學博士後史昆為該論文第一作者，王贊教授為通訊作者。河北大學杜會龍教授、華北理工大學李育先博士、中科院遺傳與發育生物研究所梁承志研究員、土耳其Adana AlparslanTürkeş Science and Technology University Muhammet Şakiroğlu教授、中國農業大學在校碩士研究所學生董洪斌和博士研究所學生周仂等參與了該項研究。本研究獲得國家自然科學基金，北京市自然科學基金，國家林業和草原種質資源庫項目和中國農業大學人才經費的資助。
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