泸定百合是云南和四川等地一种百合品种，抗性很强。

嘉兰是一种切花，像火焰花。

1. 一段话总结：该研究公布了泸定百合（Lilium sargentiae，35.66 Gb） 和嘉兰（Gloriosa superba，5.09 Gb） 的参考基因组，揭示泸定百合巨大基因组由近期长末端重复反转录转座子（LTR-RTs）扩张塑造。系统发育分析显示百合栽培品种起源多样且独立，泸定百合基因组中参与蔗糖和淀粉代谢的基因家族显著扩张，XTH22、SOC1 和 AP1/FUL-like 基因的关键同源物调控百合鳞茎发育、芽生长转换及花芽生长转换，嘉兰中鉴定出秋水仙素生物合成基因簇而泸定百合中缺失，为百合目进化研究及育种提供基础1

一、基因组组装与特征

• 组装质量：BUSCO 完整性评估显示，泸定百合和嘉兰的基因组完整度分别为 90.8% 和 91.8%，蛋白集完整度分别为 88.3% 和 85.9%，组装质量较高2。

• 基因特征：两者基因平均长度较长，主要因内含子较长，泸定百合平均内含子长度 9.1 kb，嘉兰 5.0 kb，远高于其他被子植物（约 0.5 kb）7。

二、进化分析

1. 全基因组复制（WGD）：

• 泸定百合和嘉兰均经历两次 WGD 事件，其中泸定百合特有 WGD 事件发生在 95-103 Mya，嘉兰在 72-78 Mya4。

• 与单子叶植物共享约 120-130 Mya 的 WGD 事件（τ 事件）4。

2. 基因组扩张机制：

• 泸定百合巨大基因组主要由长末端重复反转录转座子（LTR-RTs）扩张导致，近期（0-3 Mya）LTR-RTs 活性显著，尤其是 Ty1/Copia 类型58。

• 嘉兰 LTR-RTs 扩张程度较低，基因组中 LTR-RTs 占比 57.9%，但总量少于泸定百合5。

3. 系统发育与栽培品种起源：

• 百合属分为两大分支，包含 7 个分类组，其中 Sinomartagon 和 Leucolirion 为多系群6。

• 栽培百合品种起源多样，如 trumpet（T）杂交种、Oriental × Trumpet（OT）杂交种等均为独立起源，泸定百合是 T 和 OT 杂交种的主要祖先36。

三、关键性状的分子机制

1. 鳞茎与根茎发育：

• 泸定百合中蔗糖合酶（SUS1/4）、淀粉合成酶（SS2） 等基因家族通过串联重复显著扩张，参与鳞茎中碳水化合物存储910。

• XTH 基因（木葡聚糖内糖基转移酶 / 水解酶）在鳞茎形成中起关键作用，沉默该基因会降低鳞茎诱导率，过表达则促进鳞茎形成11。

• 嘉兰根茎中GsuSUT2（蔗糖转运蛋白）和 GsuGBSS1（颗粒结合淀粉合成酶） 特异性高表达，调控蔗糖运输和淀粉合成14。

2. 生长转换调控：

• 泸定百合含 107 个SOC1 同源物，远多于嘉兰（3 个），沉默 LoSOC1 会抑制低温处理下的芽生长转换12。

• AP1/FUL-like 基因（如 lili00G414190）在休眠解除的鳞茎中高表达，参与花芽生长转换，沉默后 flower bud 数量和转换率显著降低12。

3. 秋水仙素生物合成：

• 嘉兰染色体 5 上存在CYP75A109-OMTs 基因簇，包含 OMT（O - 甲基转移酶）和 CYP450 基因，参与秋水仙素合成1316。

• 泸定百合中未检测到该基因簇及秋水仙素，表明秋水仙素合成是 Colchicaceae 科的独立进化特征15。

四、研究意义

• 提供了百合目首个高质量参考基因组，揭示了巨大基因组的进化机制。

• 解析了百合鳞茎发育、生长转换及嘉兰秋水仙素合成的分子基础，为百合育种（如缩短育种周期、改良观赏性状）提供靶点。

• 明确了栽培百合的杂交起源，为种质资源利用提供指导17。

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自张亮生科学网博客。

链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-54593-1492175.html?mobile=1

收藏

分享