NC重磅 |樱亚属泛基因组探究开花时间机制
文章导读：
樱桃亚属是李属中的重要类群，包含众多具有观赏、食用和药用价值的物种，广泛分布于欧亚和北美温带地区。尽管其栽培历史悠久、经济价值突出，但该类群的分类地位、系统发育关系及野生资源多样性仍认识不足，亟需更完善的基因组资源支持其遗传解析与育种利用。
上海交通大学科研团队于2026年5月27日在著名期刊Nature Communications上发表了标题为“Pangenome and resequencing analyses reveal flowering evolution and genetic control in Cerasus”的研究性论文，通过泛基因组与群体遗传分析，系统揭示了樱桃开花时间受多基因协同调控的复杂遗传网络与分子机制。
主要研究成果
1.樱亚属泛基因组参考图谱
本研究通过对8个樱桃亚属物种进行从头组装，并结合13个已发表基因组，成功构建了涵盖21个样本、17个物种的泛基因组CERASUSpanv1.0。注释分析显示，核心基因主要富集于基础生物过程，而可变与私有基因则更多地参与发育与信号转导功能。研究共鉴定出63.93-200.76Mb的转座元件，其中LTR类型占据主导地位。通过比对20个基因组与甜樱桃参考基因组，检测到约49万个结构变异，其分布不均且与染色体长度及LTR密度相关。
图1：樱亚属泛基因组
图2：樱亚属泛基因组特征分析
2.樱亚属物种开花阶段的变异
对21份材料的开花表型分析显示，不同物种开花时间存在显著差异，其中高盆樱桃P.cerasoides、钟花樱P.campanulata和中国樱桃P.pseudocerasus开花最早。系统发育分析将樱桃亚属划分为五个主要分支，并明确了矮樱桃类群与李属Prunophora的亲缘关系。基因组分析共鉴定出411个开花相关基因家族，尽管部分物种缺失较多开花基因，但PAV与开花时间无显著关联。基于27个转录组样本的共表达网络分析识别出多个开花相关模块，跨物种比较进一步揭示AGAMOUS-LIKE9（AGL9）在早晚花物种间表达差异最为显著，是调控开花进程的关键候选基因。
图3：李属开花调控的遗传学分析
3.樱亚属遗传多样性与群体结构分析
基于219份樱桃种质资源的重测序数据，构建了高分辨率遗传变异图谱，共鉴定出853,236个SNP、217,080个InDel和4,283个结构变异，并通过PCR验证了结构变异数据的可靠性。系统发育分析将材料划分为5个主要类群，但开花物候与遗传聚类间未呈现明确对应关系。PCA与ADMIXTURE分析表明，甜樱桃Prunus avium群体内部遗传分化较弱，多数个体表现出混合的祖先成分，这反映了长期无性繁殖与狭窄遗传背景对群体结构的影响。
4.开花时间的选择信号分析
研究选取早花、中花和晚花三个极端群体进行选择信号分析。FST分析表明，早花与晚花群体间的遗传分化最为显著，暗示早花性状可能受到更强的选择压力。通过结合核苷酸多样性（π）与FST分析，鉴定出多个与开花时间相关的关键基因，包括PAV07G053290、PavAGL9、PavDCL3、PavGAI/RGA和PavCOP1等。功能注释显示这些基因主要参与染色质调控、氧化还原稳态、蛋白质代谢及逆境响应等过程。进一步的GWAS分析验证了多种遗传变异与开花时间的显著关联。
图4：樱桃种质资源的群体结构及开花时间的选择信号
5.与开花进程相关的PavAGL9功能分析
基于上述选择信号与表达聚类结果，PavAGL9被确定为开花物候的关键候选基因。表达分析显示，该基因在开花过程中显著上调，且在多个樱属物种中呈现保守的表达模式；亚细胞定位证实其定位于细胞核。功能验证表明，在拟南芥中过表达PavAGL9能显著促进开花并上调开花整合因子AtFT的表达。在甜樱桃花芽中进行瞬时过表达同样能提前开花，并伴随下游开花调控基因PavFT和PavAP1的表达上调。
图5：PavAGL9 的过表达促进樱桃开花
6.PavBPC6通过抑制PavAGL9调控开花
为解析PavAGL9的上游调控机制，研究通过共表达网络筛选出候选转录因子PavBPC6。酵母单杂交、EMSA及双荧光素酶报告基因实验证实，PavBPC6能直接结合PavAGL9启动子区的GAGA基序并抑制其转录活性。在甜樱桃花芽中过表达PavBPC6可导致开花延迟，同时PavAGL9表达水平下降，表明PavBPC6是其上游负调控因子。比较基因组学分析进一步揭示，BPC6-AGL9这一调控模块在大多数樱属物种中高度保守。
7.PavAGL9与PavSEP1/PavPMADS2的蛋白互作
为探究PavAGL9的分子机制，研究利用酵母双杂交、双分子荧光互补及免疫共沉淀等技术，证实PavAGL9能与PavSEP1和PavPMADS2直接相互作用，并在细胞核内形成蛋白复合体。该结果表明，PavAGL9可能通过与PavSEP1和PavPMADS2组装成MADS-box蛋白复合体，协同调控花器官发育及开花过程。
图6：PavBPC6抑制PavAGL9调控开花
文章小结
本研究通过构建樱桃亚属泛基因组图谱，并结合219份种质的群体遗传学分析，系统解析了开花时间的遗传调控网络。研究鉴定出关键开花促进基因PavAGL9，揭示了其受转录因子PavBPC6抑制的上游调控途径，并明确了其与PavSEP1、PavPMADS2形成蛋白复合体的下游作用机制。本研究阐明了甜樱桃开花时间受序列变异、结构变异及多层级转录调控共同作用的复杂遗传基础，为开花性状的分子育种提供了重要的理论依据。