葱属作物是仅次于番茄的世界性蔬菜经济作物,因其富含独特的辛辣风味物质常被用于蔬菜、调味品或药用植物在全球范围内广泛栽培。长期以来,因大基因组特性,限制了其功能基因、基因组生物学和分子育种研究,特别是其遗传和亲缘关系不清、基因组进化和特殊风味形成的分子代谢基础一直未被解析。
近日,浙江大学农学院喻景权/张明方/周艳虹教授团队合作在知名自然子刊Nature Communications发表了“Chromosome-level genome assembly of bunching onion illuminates genome evolution and flavor formation in Allium crops”的研究长文。该研究采用中国、日本、韩国、美国、欧洲、俄罗斯、中亚西亚等地理来源的葱属植物资源,首次从头组装了分葱染色体水平的基因组,通过群体遗传学、分子进化和比较基因组研究,结合多组学方法揭示了葱属植物基因组进化、染色体同源性、关键基因家属扩张及其特殊辛辣风味形成的基因组基础,从基因组水平上明确了中国是分葱大葱起源和驯化中心。该成果为葱属植物进化生物学研究、基因组育种和分子改良提供了重要科学理论指导。
研究还揭示了葱的起源和驯化途径。长期以来,葱属植物的形态、染色体数目和核型相似性导致分类地位不清,存在大量同种异名、同名异种现象。该研究利用基因组学和群体遗传学等方法,解析了葱属植物种群分化和驯化历史,纠正了学术界长期以来认为阿尔泰葱为葱的祖先种的学术论断,明确了阿尔泰葱在进化上更接近于中国红葱。不同地理起源的植物葱资源可分为2个种群和5个亚群,发现并验证了栽培葱主要起源于中国西北地区,并提出了葱从中国西部地区向中亚地区陆地传播以及栽培葱在中国驯化后再从我国南方地区向日本、欧洲、美洲扩散的海上迁移路径。