近日，必威betway体育赵鹏教授团队在植物学领域国际知名期刊The Plant Journal （中科院1区top）在线发表了题为“Integrated multi-omics analyses provide new insights into genomic variation landscape and regulatory network candidate genes associated with walnut endocarp”的研究论文，通过对多组学数据的深度整合分析，本研究全面探究了重要木本经济植物核桃（Juglans regia）及其近缘种在基因组层面的遗传变异特征。同时，深入剖析了核桃果实发育过程中的转录代谢调控机制，揭示了表观遗传修饰以及空间转录调控在其中的关键作用，并对相关候选基因的功能进行了系统分析。本研究为深入理解核桃果壳基因变异及其网络遗传调控机制提供了全新的视角和理论依据，为推动核桃分子育种技术的创新发展奠定了坚实的基础。
核桃（Juglans regia）是一种具有重要经济价值的坚果油料树种；其果实具有坚硬的内果皮/果壳以保护种子，这在其进化过程中发挥了关键作用，而果壳厚度是核桃育种的一个重要性状。然而，与核桃果壳发育相关的基因组景观和基因调控网络尚未得到系统的阐明。
研究团队组装注释了核桃品种“香玲”的高质量基因组，并构建了涵盖八个胡桃属物种的图形结构泛基因组，以揭示基因组水平上的遗传变异。重新测序了285份样本，揭示了其群体基因组景观变异图谱。通过全基因组关联研究（GWAS），研究发现了19个与核桃驯化和改良过程中受到选择的268多个位点相关的基因座。
图 1 核桃比较基因组学与遗传变异分析
图 2 核桃果壳/内果皮十一个发育阶段基因转录调控网络及动态形态变化
通过对十一个发育阶段的转录组学、代谢组学、DNA甲基化和空间转录组学等多组学分析，揭示了多个与次生细胞生物合成和木质素积累相关的候选基因，例如UGP、MYB308、MYB83、NAC043、NAC073、CCoAOMT1、CCoAOMT7、CHS2、CESA7、LAC7、COBL4和IRX12。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中过表达JrUGP和JrMYB308验证了它们在木质素生物合成和细胞壁加厚中的作用。
图 3空间转录组学和候选基因JrUGP和JrMYB308功能分析
植物的果实特征，包括核桃（Juglans）的坚硬内果皮，在种子传播、农业生产效率和遗传多样性方面发挥着至关重要的作用，其中壳厚对核桃的生产和育种有着显著影响。综合多组学分析探究了核桃壳厚度这一关键性状以及与木质素积累和细胞壁增厚相关的内果皮发育，为木本作物的遗传学和调控机制提供了新的见解，助力基于基因组信息的改良育种策略。全面多组学研究结果为核桃的遗传变异和内果皮发育及果壳厚度的网络调控提供了新的见解，并为核桃品种改良的基因组信息育种策略提供了可能。
图 4 本研究主要发现概括模型
必威BETWAY官网为第一作者单位和通讯作者单位，赵鹏教授为论文的通讯作者，刘恒兆博士和周惠娟博士为论文共同第一作者，课题组叶航博士、李梦迪博士、马佳雨博士、惠瑞敏博士和何小舟硕士参与了这项研究工作。该研究工作得到了国家自然科学基金（32070372，32370386，32200295），陕西省杰出青年基金项目，陕西省基础研究项目，陕西省重点研发计划，陕西省科学院和陕西省林业科学研究院科技研发重点专项等项目的资助。
