今年5月，由云南师范大学祝光涛团队联合云南大学彭城团队在国际知名期刊《Plant Communications》（植物科学TOP期刊，IF=10.5）在线发表了题为“The haplotype-resolved T2T genome assembly of the wild potato species Solanum commersonii provides molecular insights into its freezing tolerance”的研究论文。该论文首次完成对杂合二倍体马铃薯两套单倍型端粒到端粒（T2T）基因组的构建，并揭示了此马铃薯种耐冻性的分子机制。

马铃薯是全球最重要的块茎粮食作物，在我国是粮、菜、饲兼用型作物，在保障国家粮食安全和蔬菜供应中发挥了重要的作用。马铃薯在我国各大产区都有种植，但栽培种喜凉但不耐冻，极易受到寒潮天气的影响，一旦发生冻害，损失严重。马铃薯野生种S. commersonii 具有极佳的耐冻性，能够抵御-4.5℃的长时间低温寒潮。但其与栽培种存在着较长时间的分化，基因组序列差异较大，现有的基因组无法满足对此材料的遗传解析，为此本项目对此野生种进行了参考基因组水平的解析。

研究中利用单分子测序技术（HiFi和ONT）结合Hi-C技术，成功组装了高质量的Solanum commersonii基因组。该基因组的两个单倍型（Hap1和Hap2）的总长度分别为707.40 Mb和712.10 Mb，基因组质量评估显示，该基因组具有高的准确性和完整性，并鉴定出了47个端粒，再通过ChIP-seq鉴定了24个着丝粒区域。

图1 两套单倍型中的端粒、亚端粒和着丝粒的分布及Hap1 中的 SNP、基因和转座子（TE）的分布

进一步分析发现，该基因组包含67.27%的重复序列。在两个单倍型中，分别注释到了38,805和38,237个蛋白编码基因，注释率高达92.85%和93.00%，远高于其他参考基因组。对两个单倍型进行比较，发现了大量的基因组变异。通过对茄属19个物种的单拷贝基因构建的系统发育树，发现S. commersonii于327万年前与其他物种分化，并发生了大量基因家族扩张和收缩事件。

图2 S. commersonii 和其他茄属物种之间基因家族进化的系统发育和演化。

通过转录组的分析发现此材料在冷冻胁迫处理中显著上调的基因富集在已知的冷响应途径中，如MAPK信号通路、谷胱甘肽代谢途径和细胞色素P450途径等。特别是，MAPK激酶和细胞色素P450在温度感知和信号传导中起关键作用，进一步解释了该物种的耐冻机制。后期通过对野生种的遗传解析和种质创新，将有望大幅提升栽培马铃薯的耐冻性。

图3 S. commersonii（CM）和栽培物种（DM）在冷冻处理后的表型变化及转录分析

云南师范大学研究生冯杨（西南联合研究生院）和云南大学生命科学学院研究生周杰为论文共同第一作者，云南师范大学马铃薯科学研究院祝光涛教授和云南大学生命科学学院彭城研究员为论文共同通讯作者，本研究得到了国家重点研发计划（2022YFF1002500）、广东省基础与应用基础研究重大项目（2021B0301030004）、和云南省基础研究项目（202401AS070131）的支持。