小叶杨基因组组装及其重要性状的全基因组关联分析

[目的]组装小叶杨端粒到端粒(T2T)级参考基因组序列，通过全基因组关联分析，鉴定出与目标性状显著相关的 SNPs，为小叶杨分子设计育种奠定研究基础。[方法]以小叶杨优良品种为材料，结合二代和三代测序技术进行基因组测序，获得高质量的参考基因组序列;同时，对 207份小叶杨种质进行表型调查和基因组重测序，检测其生长性状、叶片性状、木材性状和光合性状等表型变异及SNP变异;通过全基因组关联分析，鉴定出与目标性状显著相关的SNPs。[结果](1)成功构建小叶杨端粒至端粒(T2T)且具有单倍型解析的参考基因组。两个单倍型基因组长度分别为412.23 Mb与 412.12 Mb，contig N 50分别为23.55 Mb 和23.91 Mb，成功注释34，756个和 34，664个蛋白质编码基因。BUSCO评估结果显示，小叶杨基因组覆盖了 1，597个真核生物单拷贝基因集，占比为98.9%。(2)基于小叶杨及其他 14个物种的比较基因组学分析，共鉴定出 1，194个共有的单拷贝直系同源基因。通过物种进化树构建和分歧时间评估，发现杨属和柳属的物种拥有一个共同的祖先，且毛果杨、香杨和美洲黑杨之间的亲缘关系比小叶杨更为紧密。基于共线性及Ks值分析，确定小叶杨经历了全基因组复制事件。(3)小叶杨207份种质的 18个性状均存在显著变异，其变异系数平均值为 19.98%。按不同性状的平均变异系数排序依次为:叶片性状(22.71%)>生长性状(16.84%)>光合性状(12.52%)>木材性状(11.86%)。不同性状之间大都存在显著的相关关系。(4)重测序结果表明，207 份小叶杨种质的平均比对率为 98.60%，共获得 4，196，773个SNPs.系统发育分析、群体结构分析和主成分分析均可将 207 份小叶杨种质资源划分为 2 大亚群。不同种群间遗传多样性水平存在差异，且辽宁种群的遗传多样性最高。1，690个SNP变异位点是小叶杨群体适应环境变化的重要位点。(5)通过SNP数据与 18个目标性状的全基因组关联分析，共检测到 418个SNPs和 176 个基因与 16 个性状显著相关。在Chr16:7，575，981～7，640，652 bp区域发现了一个与分枝角度性状相关的SNP簇，包含 5 个候选基因，并发现其在腋芽组织中表现出高表达水平。另外，通过在极端表型样本中应用加权基因共表达网络分析，成功地鉴定出4个关键基因，包括PsBA14、PsBA13等，它们与分枝角度性状也具有显著的相关性。[结论]本研究成功构建了小叶杨T2T级别参考基因组，通过基因组重测序及全基因组关联分析，揭示了小叶杨群体的遗传变异，鉴定出与重要性状紧密关联的 SNP 位点和候选基因，并且还鉴定了影响分枝角度性状的关键功能基因，为小叶杨的遗传改良和品种优化提供了坚实的遗传基础。