辣椒是世界上種植最廣泛的蔬菜之一，也是重要的調(diào)味料作物。我國辣椒生產(chǎn)和消費量居全球之首，種植面積超過3000萬畝，產(chǎn)量4000多萬噸，辣椒及其相關(guān)制品年產(chǎn)值近900億，是我國創(chuàng)收最大的蔬菜作物。辣椒的種質(zhì)資源豐富，性狀遺傳多樣，常規(guī)栽培種有5個，已報道的辣椒屬野生種有30個以上。其基因組龐大（超過3G），結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開展辣椒基因組學(xué)研究有利于其種質(zhì)資源利用以及分子設(shè)計育種。

 

　　6月16日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院在著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》（5年影響因子15.8，中科院一區(qū)，TOP期刊）上發(fā)表題為“The 3D architecture of the pepper genome and its relationship to function and evolution” 的研究論文（論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31112-x）。該論文以我校辣椒課題組培育的優(yōu)良辣椒自交系59號為材料，首次報道了辣椒高質(zhì)量染色體級別的三代拼接參考基因組，并通過整合高分辨率Hi-C圖譜與表觀組、轉(zhuǎn)錄組以及遺傳變異數(shù)據(jù)，探索了其三維基因組結(jié)構(gòu)的基本特征以及與基因組功能和進化的關(guān)系。辣椒基因組雖然具有與哺乳動物類似拓撲結(jié)合域（Topologically associating domains，TADs），但其形成方式與功能并不完全一樣。它們的邊界是染色體重排的熱點區(qū)，該區(qū)域的序列高度保守，說明它們的結(jié)構(gòu)完整性對基因組功能有益。我們也證實了雖然染色質(zhì)構(gòu)象能夠廣泛預(yù)測轉(zhuǎn)錄上的量化差異，但其并不能直接解釋組織間基因差異表達。綜上所述，辣椒染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)錄工廠模型介導(dǎo)的異染色質(zhì)折疊驅(qū)動，并且這種結(jié)構(gòu)是有潛在功能性，可能普遍適應(yīng)于其他大型植物基因組。

 

　　目前園藝學(xué)院辣椒課題組已經(jīng)收集和創(chuàng)制了1500余份辣椒種質(zhì)資源，本論文獲得的高質(zhì)量三代基因組組裝和三維基因組結(jié)構(gòu)解析，為辣椒重要農(nóng)藝性狀（辣椒素等）和雜種優(yōu)勢形成機理的研究以及分子設(shè)計育種提供了重要的理論和數(shù)據(jù)支撐，對后續(xù)植物三維基因組的計算建模以及基因工程技術(shù)的發(fā)展也具有重要的參考價值。

 

　　我校園藝學(xué)院為本論文第一完成單位（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室），園藝學(xué)院陳日遠教授課題組已畢業(yè)研究生廖毅（博士，現(xiàn)美國加州大學(xué)爾灣分校崗位項目科學(xué)家）和園藝學(xué)院在讀碩士研究生王鈞濤（已經(jīng)被我校農(nóng)學(xué)院錄取為博士研究生）為論文共同第一作者， 園藝學(xué)院陳長明副教授、曹必好教授和加州大學(xué)爾灣分校J. J. Emerson副教授為該論文共同通訊作者。園藝學(xué)院雷建軍教授和朱張生副教授對論文相關(guān)實驗和材料給予了指導(dǎo)和支持。本研究也得到了國際知名植物基因組進化遺傳學(xué)家加州大學(xué)爾灣分校Brandon S. Gaut教授、中國科學(xué)院動物研究所陳金鋒研究員、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳基因組所周永鋒研究員、瑞士洛桑大學(xué)計算機學(xué)院劉遠龍博士、加州大學(xué)伯克利分校汪鴻儒博士、約翰斯·霍普金斯大學(xué)歐樹俊博士和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉峰研究員的學(xué)術(shù)支持。

 

　　該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和廣東省自然科學(xué)基金等項目的資助。