Nature Genetics
亚洲与欧洲梨基因组变异与果实品质形成机制研究

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本研究首次构建了完整的端粒到端粒单倍型解析的亚洲梨和欧洲梨基因组，揭示了单倍型特异基因的转座子分布、甲基化差异及其对果实软化等重要性状的影响。通过等位基因特异表达分析，发现等位基因优势表达对果实品质形成至关重要。

 

文献概述
本文《Haplotype-resolved, gap-free genome assemblies provide insights into the divergence between Asian and European pears》，发表于Nature Genetics杂志，回顾并总结了亚洲梨和欧洲梨的高质量端粒到端粒基因组组装工作，并基于等位基因特异表达（ASE）分析揭示了基因表达的单倍型优势现象。此外，研究还识别了与果实软化相关的PyACS1基因启动子区的286-bp插入变异，并通过转基因实验证实其在果实成熟和软化中的功能。整段通顺、有逻辑，结尾用中文句号。

背景知识
梨（Pyrus spp.）是一种自交不亲和作物，具有高度遗传多样性。传统的基因组组装方法因技术限制和高杂合度导致基因组中存在大量缺口，难以全面解析等位基因变异。本研究利用单倍型解析的端粒到端点（T2T）基因组组装技术，结合362份梨种质重测序数据，构建了基于图谱的基因组，系统识别结构变异（SV）及其与果实性状的关联。这一研究不仅深化了对梨自交不亲和机制、杂种优势的理解，也为后续梨品种改良提供了高质量的基因组资源。段落结尾使用

 

基因敲除小鼠：通过基因敲除技术，使小鼠全身组织和细胞中不表达目标基因，适用于研究基因的全身功能。条件性基因敲除小鼠：利用Cre-LoxP系统实现特定组织或细胞中基因敲除，避免胚胎致死问题，适用于研究基因在特定组织或时期的生理功能。

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研究方法与实验
研究团队采用PacBio HiFi、ONT超长读长和Hi-C数据，利用hifiasm、Verkko和HiCanu进行单倍型组装，最终获得每个单倍型17条染色体的连续基因组序列。通过比较362份梨种质的群体结构，结合GWAS分析，识别与果实品质相关的结构变异，并通过转基因番茄过表达PyACS1验证其在果实软化中的作用。

关键结论与观点

• 成功组装亚洲梨‘Dangshansuli’和欧洲梨‘Max Red Bartlett’的单倍型解析、端粒到端粒基因组。
• 单倍型特异基因在转座子含量、甲基化水平和表达强度上显著不同于双等位基因。
• 等位基因特异表达（ASE）分析表明，单倍型优势（HapDom）基因在梨果实发育中起主导作用，且部分基因在不同组织中表现出等位基因表达切换（Sub）。
• 通过群体分析，发现种间渐渗（introgression）增加了梨的遗传多样性。
• 在PyACS1基因启动子区鉴定到一个286-bp插入序列，该变异在欧洲梨中普遍存在，但在亚洲梨中缺失，且与果实软化和乙烯生成密切相关。
• 转基因实验证实，PyACS1的过表达显著加速果实成熟和软化过程，而其表达受PybHLH94转录因子调控，且依赖该插入序列。
• 研究还识别多个结构变异与果实横径、可溶性固形物含量（SSC）等性状显著相关，为分子育种提供新标记。
• 通过比较亚洲与欧洲梨的基因组进化历史，发现其分化时间约为360万年前，且在果实大小、酸度和石细胞含量等性状中存在正向选择。

研究意义与展望
本研究为梨的基因组解析提供了高质量的单倍型参考，有助于在全基因组水平上解析等位基因变异，并为分子育种和结构变异关联分析提供数据基础。未来可通过图谱基因组进一步解析种质资源的变异图谱，结合基因编辑与转基因手段，研究SVs对梨表型的调控机制。此外，PyACS1等关键基因的调控网络也为果实成熟相关基因的进化与功能研究提供了新思路。

 

基因敲入与人源化小鼠模型：在目标基因位点引入特定突变或外源基因，如点突变、报告基因插入等，用于模拟人类疾病或追踪基因表达。条件性基因敲入小鼠通过重组酶系统实现特定条件下基因表达研究。人源化小鼠模型包括HUGO-GT®全基因组人源化模型和HUGO-Ab®全人源化抗体小鼠，适用于免疫治疗和人类疾病机制研究。

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结语
本研究通过对亚洲和欧洲梨的端粒到端粒单倍型基因组组装，结合群体重测序和功能验证，系统揭示了梨在果实发育与软化过程中的关键结构变异与等位基因表达差异。研究不仅识别出与果实品质相关的重要基因，如PyACS1和PybZIP6，还发现其启动子区域的插入/缺失变异与果实成熟软化的直接关联。这些成果为梨的遗传改良和分子育种提供了坚实的基因组学基础，并为研究高杂合物种的单倍型特异功能变异提供了范式。

 

Manyi Sun, Beibei Cao, Kui Li, Hang He, and Jun Wu. Haplotype-resolved, gap-free genome assemblies provide insights into the divergence between Asian and European pears. Nature Genetics.