2024年1月30日，中国农业大学王赞团队在Plant Biotechnology Journal，在线发表题为“The chromosome-level assembly of the wild diploid alfalfa genome provides insights into the full landscape of genomic variations between cultivated and wild alfalfa”的研究论文。组装了一个二倍体紫花苜蓿（Medicago sativa ssp. caerulea，同源四倍体紫花苜蓿的祖先种）的高质量基因组，鉴定了二倍体和四倍体紫花苜蓿的拷贝数变异（CNV）和获得/缺失变异（PAV）等结构变异，构建了第一个二倍体祖先种和四倍体栽培紫花苜蓿的结构变异图谱；验证了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）在叶片发育中的功能，为紫花苜蓿重要农艺性状相关基因挖掘提供了重要的基因资源。
紫花苜蓿是世界上最重要的豆科牧草，被誉为“牧草之王”。栽培紫花苜蓿为同源四倍体，由于其高度的杂合性和和自交不亲和性，阻碍了紫花苜蓿重要农艺性状的遗传研究。二倍体紫花苜蓿被认为是同源四倍体栽培紫花苜蓿的祖先种， 组装二倍体紫花苜蓿基因组、解析二倍体和四倍体紫花苜蓿的结构变异，有助于对紫花苜蓿多倍体化的认识，对挖掘与重要农艺性状相关的关键遗传位点和基因，加速紫花苜蓿分子育种具有重要意义。
研究人员利用三代PacBio、Bionano以及HIC技术，结合最先进组装策略获得了完整连续的高质量二倍体紫花苜蓿基因组。基因组大小为769 Mb，Contig N50达到了5.5 Mb，BUSCO评估结果达到98.5%，LAI得分达到21.26分，基因组质量达到“gold”参考基因组。以其为参考基因组，对64份二倍体紫花苜蓿种质进行重测序，群体结构分析将二倍体紫花苜蓿种质分为与地理分布高度相关的Southern 和Northern Group。
染色体水平的二倍体紫花苜蓿基因组组装和群体遗传结构分析
通过二倍体和四倍体紫花苜蓿（‘新疆大叶’）基因组的结构变异分析，在四倍体紫花苜蓿中鉴定到16,292 CNV减少基因和10,042 CNV增加基因，主要富集在植物激素信号转导、内吞作用、植物与病原体的相互作用、苯丙酮生物合成等与植物发育和环境适应性相关的生物学途径中。通过PAV分析，鉴定到6928个二倍体特异的基因组片段和72个二倍体PAV基因，以及104,985四倍体特异的基因组片段和1296个四倍体PAV基因。通过PCR以及表达量分析验证了基因组以及结构变异分析的准确性。
CNV基因和PAV基因的鉴定
进一步利用发根农杆菌介导的遗传转化体系，在四倍体紫花苜蓿根中沉默MsNCR1表达，减少了根瘤的数量；相反，在二倍体紫花苜蓿中超表达MsNCR1，显著增加了根瘤数量，表明了MsNCR1 是紫花苜蓿根瘤形成的重要调控因子。在二倍体紫花苜蓿中超表达MsSKIP23_1和MsFBL23_1，叶片变大；而在四倍体紫花苜蓿中沉默MsSKIP23_1和MsFBL23_1表达，叶片变小，验证了MsSKIP23_1和MsFBL23_1调控紫花苜蓿叶片发育的功能。
MsNCR1调控根瘤形成的表型鉴定
MsSKIP23_1和MsFBL23_1调控叶片发育的表型鉴定
中国农业大学博士后史昆为该论文第一作者，王赞教授为通讯作者。河北大学杜会龙教授、华北理工大学李育先博士、中科院遗传与发育生物研究所梁承志研究员、土耳其Adana AlparslanTürkeş Science and Technology University Muhammet Şakiroğlu教授、中国农业大学在校硕士研究生董洪斌和博士研究生周仂等参与了该项研究。本研究获得国家自然科学基金，北京市自然科学基金，国家林业和草原种质资源库项目和中国农业大学人才经费的资助。
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