PBJ精选 | 龙眼near-T2T基因组解码反季开花现象
龙眼（Dimocarpus longan Lour.）是重要的热带亚热带果树，具有显著的经济和药用价值。氯酸钾（KClO₃）诱导的反季节开花技术显著提高了龙眼周年生产能力，但其分子调控机制尚不清楚。受限于童期长和育种周期久，龙眼遗传改良进展缓慢，目前基因组资源仍然匮乏，主栽品种石硖虽对氯酸钾诱导开花高度敏感，但其基因组尚未系统解析。
福建农林大学研究团队于2025年11月4日在Plant Biotechnology Journal上发布标题为“Improved Longan Genome Assembly Reveals Insights Into Flowering Mechanisms”的研究性论文，本研究构建了石硖龙眼高质量near-T2T基因组，揭示了氯酸钾诱导的反季节开花主要通过抑制 DlDDF1 并激活赤霉素信号通路实现，而自然开花则主要依赖季节性环境信号调控的生理机制。
一、near-T2T基因组组装与注释
本研究估算石硖龙眼基因组大小为441.5Mb，基于PacBio HiFi（51×）和Hi-C（200×）测序数据，使用HiFiasm完成基因组组装，获得98个contig，contig N50为28.3Mb，总长度441.5 Mb，其中99.2%序列被锚定至15条假染色体。组装基因组BUSCO完整度为98.4%，QV达68.1。共注释得到29,325个蛋白编码基因，BUSCO完整度为97.7%，预测到26个端粒和15个着丝粒，仅3条染色体上存在少量gap。非编码RNA注释获得137个miRNA、885个snRNA、437个tRNA和1,627个rRNA，96.4%的基因实现功能注释。转座元件占基因组的55.0%，以反转座子为主。
图1：石硖龙眼near-T2T基因组特征、Hi-C图谱及核型进化
二、比较基因组分析
系统发育与共线性分析表明，龙眼与荔枝、无患子、文冠果和红毛丹亲缘关系密切，其染色体数目受融合与断裂事件影响，在 14-16条之间发生变化。尽管各物种非重复序列基因组大小相近，但总基因组大小差异主要由重复序列含量不同所致，龙眼基因组中以 Gypsy 类转座元件占优势。比较基因组分析共鉴定出 486 个龙眼特异性基因家族和 3206 个特异基因，显著富集于病原响应、糖代谢及黄酮/黄酮醇生物合成通路，且相关基因在花芽中高表达。与荔枝相比，龙眼基因组中存在大量倒位、重复和易位等结构变异，这些区域富集植物抗病和黄酮合成相关基因，并包含多个花期调控基因（如 DlFT1、DlELF4 和 DlSVP），表明结构变异及转座元件扩增可能参与龙眼花期调控与性状分化。
图2：龙眼和荔枝的可转座元件及结构变异比较基因组分析
三、龙眼的自然花芽转变
在自然当季条件下，对5个龙眼品种的花芽和叶芽进行转录组分析，共鉴定到13673个差异表达基因，其中6522个在花芽中上调、5922个下调，并分别有568个上调基因和919个下调基因在5个品种中共享。WGCNA分析显示，上调基因构成高置信度共表达网络，枢纽基因主要涉及光周期和自主开花途径；下调基因则多与胁迫响应和花发育负调控相关。基因调控网络分析表明，自然花芽转变涉及光周期、自主和春化途径，并与赤霉素及糖信号通路互作，其中DlSVP和DlTFL1等抑制因子受到抑制，而DlFT1、DlAP1和DlLFY等促花基因显著上调。常年开花品种“四季蜜”中，昼夜节律和光周期相关基因持续高表达，提示光周期调控网络的持续激活可能是其常年开花的重要分子基础。
图3：龙眼自然花期转变的转录组动态
四、氯酸钾诱导龙眼反节开花的转录调控机制
在石硖龙眼中施用氯酸钾（KClO₃）后，花芽诱导率在处理后41天（DAT）和54DAT分别达到64%和85%，显著高于对照组。对处理组和对照组花芽在10个时间点进行转录组分析，共鉴定到2,851个差异表达基因，包括193个转录因子和155个激素相关基因。多数ERF、WRKY、MYB等转录因子在早期下调，而MIKC-MADS家族成员在后期上调。基因调控网络分析显示，赤霉素（GA）通路在诱导初期即被激活，其中GA生物合成抑制因子DlDDF1在5DAT显著下调，而DlGA3ox2、DlWRKY75_2及抑制GA₄降解的DlIAA7s上调，同时GA失活基因DlGA2ox4/6在后期被抑制。10-41DAT期间，自主途径基因上调，而DlSVPs和DlFLCs等花期抑制因子受到抑制，随后DlFT1、DlAP1、DlLFY等花分生组织和花器官身份基因依次激活。WGCNA分析进一步鉴定出与早期诱导、中期花起始及后期花器官发育相关的共表达模块，表明KClO₃诱导开花是由GA信号、胁迫响应及自主途径协同调控的过程。
图4：KClO3诱导龙眼早花的转录组分析
五、DlDDF1 在开花调控中的功能验证
研究进一步系统验证了DIDDF1在开花调控中的功能，鉴于DIDDF1对KClO₃处理表现出最早响应，作者推测其参与KClO₃诱导的开花调控过程。通过构建DIDDF1过表达拟南芥材料发现，与野生型相比，转基因植株表现出显著的迟花表型，平均开花时间延迟约4天，并伴随莲座叶数增加及叶片形态异常，这表明DIDDF1在正常条件下对开花具有负调控作用。进一步的KClO₃处理结果显示，过表达植株的迟花表型可被部分恢复，且其对高浓度KClO₃所致生长抑制的敏感性明显低于野生型。激素分析表明，DIDDF1过表达显著降低GA₉ 及生物活性GA₄ 水平，而KClO₃处理可部分逆转该变化。转录水平分析进一步显示，KClO₃处理抑制DIDDF1表达的同时，显著上调AtFT、AtAP1和AtLFY等关键开花基因。综合来看，DIDDF1可能通过调控赤霉素代谢及开花通路基因表达，参与KClO₃介导的开花调控机制。
图5：DlDDF1过表达和KClO3处理对拟南芥的影响
结语
本研究构建了龙眼高质量near-T2T基因组，并结合比较基因组与多品种芽转录组分析，系统解析了龙眼自然成花与KClO₃诱导反季开花的分子调控机制。结果表明，自然成花主要受光周期、春化和自主通路调控，而KClO₃诱导开花则更早激活赤霉素信号并伴随氧化胁迫响应。功能验证表明，DlDDF1是开花的负调控因子，其过表达抑制赤霉素积累并延迟开花，而KClO₃通过抑制DlDDF1、调控GA代谢及开花关键基因表达促进成花。本研究提出了KClO₃介导龙眼开花调控的分子模型，为龙眼反季成花调控与分子育种提供了理论基础。