比较着丝粒基因组学揭示茄科基因组中的进化差异

背景：着丝粒是由组蛋白变体CENH3表观遗传指定的染色体位点，动粒在此组装以确保细胞分裂过程中染色体的准确分离。其重复且快速进化的DNA长期阻碍了大规模表征。长读长测序的进展使得跨物种和种群内的完整基因组组装成为可能，为研究着丝粒在数千年至数百万年时间尺度上的进化和多样化提供了机会。结果：在这里，我们为茄子、非洲茄子、野生辣椒生成了接近端粒到端粒的基因组组装。利用CENH3 ChIP–seq，我们在这些组装以及栽培辣椒'CA59'、番茄'Heinz 1706'和一个野生番茄材料中描绘了功能性着丝粒染色质。这些基因组在除番茄及其野生祖先的3号染色体外的所有染色体上均含有无卫星着丝粒。相反，着丝粒主要由Ty3/Gypsy LTR反转座子组成，其进化枝组成、丰度、近期活性和空间分布在物种间存在差异。着丝粒大小与茄科作物基因组大小呈正比。对密切相关基因组的比较揭示了由着丝粒周围倒位和着丝粒重定位驱动的频繁着丝粒位置变化。共线性在着丝粒周围衰减更快，与CENH3结合区域内的断裂增加一致。最后，着丝粒单倍型在物种内存在变异，例如在非洲茄子的四条染色体上存在多个单倍型。结论：这些发现突出了茄科作物着丝粒显著的进化动态和种内变异，揭示了不同的物种特异性组织模式。本研究将茄科定位为比较分析植物着丝粒进化的有前景模型，并为未来探索着丝粒变异如何促进表型多样性提供了基础。