科学家解析白羽扇豆古三倍化与低磷适应机制

2020年2月26日，《Nature Communications》在线发表了福建农林大学与中国农业科学院蔬菜花卉研究所合作的题为“The genome evolution and low-phosphorus adaptation in white lupin”的研究论文，解析了白羽扇豆基因组，揭示了白羽扇豆低磷适应的特征与其基因扩张与亚基因组优势关联，对磷高效利用作物的筛选与培育具有重要的参考价值。

白羽扇豆（Lupinus albus，2n＝50）是一种耐低磷研究的模式植物，在缺磷条件下会产生大量排根，这种小根簇紧密排列在侧根上，不仅增加了根系吸收磷的表面积，同时大量分泌质子、有机酸和酸性磷酸酶，从而增加土壤中磷的有效性。之前由于高质量基因组数据的缺乏，极大地限制了人们对白羽扇豆磷高效利用分子机制和排根发育机理的剖析。

该研究利用三代测序PacBio和Hi-C mapping技术组装了白羽扇豆栽培种Amiga的染色体水平高质量基因组（558.74 Mb）。基因组进化分析发现，白羽扇豆经历了与芸薹属等异源多倍体物种类似的全基因组三倍化事件，即“two-step”多倍化进程，导致亚基因组优势现象。比较基因组、转录组及生理生化分析表明：白羽扇豆的自身碳固定、排根发育建成、土壤磷活化和内部磷利用等4个先后调控途径的多个相关基因发生显著扩张和特异性低磷诱导表达。其中，生长素稳态调节关键基因LaABCG36s和LaABCG37s对于排根形成至关重要，抑制其表达可大大减少排根形成，研究结果为作物磷高效利用的遗传改良研究提供了新思路。