近日，为了揭示重要经济生态价值的胡桃属植物核桃楸基因家族演化和其抗线虫病潜在的分子基础，西北大学生命科学学院赵鹏教授团队以核桃楸为主要研究对象，对秦岭朱雀森林公园采集个体进行了全基因测序组装注释分析，选取被子植物9个物种进行比较基因组学分析，并开展了核桃楸与核桃两个染色体水平基因组的详细比较分析，如PAV，特有基因注释，基因家族收缩扩张等分析和试验，研究发现PR（Bet_v_1）基因家族为重要的胡桃属植物抗根结线虫的候选基因。该研究成果以题目为“Improved de novo chromosome-level genome assembly of the vulnerable walnut tree Juglans mandshurica reveals gene family evolution and possible genome basis of resistance to lesion nematode”论文在线发表在国际学术TOP期刊《Molecular Ecology Resources》上（五年IF=7.493）。

 核桃楸(Juglans mandshurica, J. cathayensis)隶属于壳斗目胡桃科胡桃属，为二倍体（2n=32）落叶乔木，因其可以作为木材和可食用的果实而具有重要的经济价值。另外，还可以作为砧木为提高核桃（J. regia）抗病性具有一定的作用。西北大学赵鹏教授团队在原有核桃楸二代测序基因组的基础上，利用三代测序技术（Nanopore）、Hi-C测序、17个组织三代全转录组学及二代转录组学测序组装提升得到了高质量的染色体水平的核桃楸基因组：其contig N50值为6.49 Mb和scaffold N50 值为 36.1 Mb，全基因组大小为548 Mb，共注释得到29,032个蛋白质编码基因。共线性分析表明，J. mandshurica和J. regia起源于一个共同的祖先，两个物种都经历了两次WGD事件。

图 1 核桃楸植物学形态及染色体水平基因组特征

 比较基因组显示，核桃楸（J. mandshurica）相比较于核桃（J. regia）缺失1,657个基因和插入2,827个基因。核桃楸包含1,440个特有基因，这些基因主要在黄酮类生物合成，苯丙烷类生物合成和植物与病原体的相互作用等三条通路中起着重要的作用。与其他物种基因家族分析相比，J. mandshurica中四个基因家族（LEA，WAK，PPR和PR）显著进化。

图 2 核桃楸与其他9个物种比较基因组学及基因家族进化分析 

通过进一步的基因家族系统发育树、共线性、保守结构域、序列特征与不同组织表达量等分析，发现核桃楸中两个基因（JmaPR10和JmaPR8）与J. regia中三个基因为同源基因，均在根皮中高度表达，得出JmaPR10是核桃楸中作为抵抗线虫病的重要候选基因。

 该研究对核桃楸基因组进行了很大程度的质量提升，揭示了该植物基因家族演化和抗线虫病的候选基因，为胡桃属植物提供了高质量染色体水平基因组资源数据，结果对明确核桃楸基因家族演化和核桃分子育种具有一定的指导意义。

图 3 抗根结线虫PR（bet_v_1）基因家族特征和候选JmaPR10基因表达分析

 西北大学为论文第一作者和通讯作者单位，西北大学生命科学学院2020级在读博士研究生闫锋为论文第一作者，赵鹏教授为论文通讯作者，美国普渡大学Keith Woeste教授和中国林业科学研究院裴东研究员等参与了本项研究。该研究得到了国家自然科学基金(32070372, 41471038 和31200500)的资助。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1755-0998.13394