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。但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。
白羽扇豆（来源：www.naturalmedicinefacts.info）
2020年2月26日，福建农林大学许卫锋团队和中国农业科学院程锋团队合作在Nature Communications上发表了题为The genome evolution and low-phosphorus adaptation in white lupin的研究论文。该研究成功组装了磷高效利用模式作物白羽扇豆的染色体水平高质量基因组，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。
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四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。
缺磷促进排根形成
综上所述，该研究组装了栽培种白羽扇豆染色体水平高质量基因组，并解析了白羽扇豆低磷适应的机制。研究结果为作物磷高效利用的遗传改良提供了新思路。
福建农林大学许卫锋教授为该论文的第一作者和通讯作者，中国农业科学院程锋研究员，福建农林大学张仟博士、夏天雨博士为共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、牛顿高级学者基金、中国农业科学院科技创新项目和农业部园艺作物生物学与种质创制综合性重点实验室的资助。
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14891-z
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