CGM第409期：泛基因组联合多组学解析杨属物种形态特征多样化和差异环境适应性的遗传基础

杨属（Populus）物种作为重要森林树种之一，在全球范围内广泛分布，具有极强的生态适应性，蕴藏着丰富的遗传资源，长期以来被视为木本植物研究的模式物种，但其野生优质基因资源挖掘和作用机制研究尚处于初步阶段。本研究通过新测序组装并整合已发表的共19个杨属物种（含1个变种）基因组数据，获得了杨属物种较为完整的基因集，鉴定到分别有51.11%、22.78%、22.50%和3.61%的基因为核心（core）、次核心（softcore）、非必需（dispensable）和物种特有（private）基因。其中，物种特有基因可能在各个物种特异环境适应过程中扮演了重要角色。通过将泛基因组与转录组、甲基化组和染色质可及性图谱进行整合分析，发现序列变异和表观遗传调控在泛基因组演化中相互交织，共同推动着杨树物种遗传多样性的形成和适应性演化。同时，由于杨属物种最近共同祖先经历了一次全基因组复制（WGD）事件。本研究通过在泛基因组层面分析发现，基因的表观遗传修饰改变（尤其是基因体CG甲基化的分化）对复制基因的保留和功能分化起到重要作用。此外，本研究基于全基因组序列比对，在杨属物种间共鉴定到142,202个非冗余的基因组结构变异（structural variant, SV），携带变异的基因显著富集在与生物胁迫和非生物胁迫响应相关的通路上，表明SV可能在杨树物种适应性演化中起到重要作用。值得一提的是，本研究在CUC2基因上游非编码调控区鉴定到一个潜在调控杨树不同物种叶缘锯齿差异的关键SV。作为第一个林木树种属级水平泛基因组图谱，杨属超泛基因组的构建可为后续进一步解析林木的遗传调控规律提供重要借鉴意义，并为深入研究林木重要性状形成的分子遗传机制提供重要基础。