基因组组装与注释
获得高质量的染色体级参考基因组，为比较分析和泛基因组构建奠定基础。
对九个野生种和两个栽培品种进行de novo组装，整合PacBio长读长、Bionano光学图谱和Hi-C数据，并预测基因结构。
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超级泛基因组分析凸显野生与栽培番茄物种的基因组多样性和结构变异
Super-pangenome analyses highlight genomic diversity and structural variation across wild and cultivated tomato species
实验完整度
高包含基因组组装、比较基因组、系统发育、泛基因组分析、SV鉴定、转基因过表达功能验证以及基于图基因组的GWAS等多个独立证据层级，且包含明确的功能验证。
主要模型
11个染色体级番茄基因组（九个野生种和两个栽培品种） Micro-Tom番茄品种（Sgal12g015720过表达转基因植株） 番茄渐渗系（IL12-2和IL12-3） 321份番茄种质群体（用于GWAS）
重点核对
基因组组装物种及组装质量：11个新组装的染色体级基因组，涉及九个野生种（S. habrochaites、S. chilense、S. peruvianum、S. corneliomulleri、S. neorickii、S. chmielewskii、S. pimpinellifolium、S. galapagense、S. lycopersicoides）和两个栽培品种（S. lycopersicum var. cerasiforme、S. lycopersicum var. lycopersicum cv. M82）；组装完整性BUSCO达94.0%以上 Sgal12g015720过表达实验：在Micro-Tom背景下过表达，检测T2代植株的侧枝数、果实数、单果重、果实横径和纵径；使用了三个独立的WT和OE植株 渐渗系验证：利用S. pennellii供体亲本和M82轮回亲本产生的IL12-2和IL12-3，验证携带Sgal12g015720直系同源片段对分枝和果实数的影响 基于图基因组的SV-GWAS分析：整合来自112个番茄基因组的360,189个SV，对321份种质进行32种风味化合物和362种果实代谢物的关联分析；显著性阈值7.58×10^-7
摘要
有效利用野生近缘种是克服栽培番茄遗传基础狭窄所带来的遗传改良挑战的关键；然而，目前解析番茄野生种高质量基因组的研究尚不充分。在此，我们报道了代表茄属番茄组（Lycopersicon）的九个野生种和两个栽培品种的染色体级番茄基因组。连同先前发布的两个基因组，我们阐明了番茄组的系统发育，并构建了组范围的基因库。我们揭示了结构变异的景观，并提供了进入番茄野生近缘种基因组多样性的途径，从而发现了一个具有提高现代栽培番茄产量潜力的野生番茄基因。基于图基因组的构建使得基于结构变异的全基因组关联研究成为可能，识别出许多与番茄风味相关性状和果实代谢物相关的信号。番茄超级泛基因组资源将加速这一全球重要作物的生物学研究和育种。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 如何利用野生番茄的基因组多样性，揭示结构变异并挖掘可用于栽培番茄改良的基因？
- 核心机制
- Sgal12g015720编码细胞色素P450蛋白，其第一外显子中的244-bp缺失在栽培番茄中固定，导致基因表达几乎检测不到；该基因的过表达增加了侧枝数量和果实总数，表明其通过调控分枝来影响产量。
- 主要证据
- 基于11个新组装的染色体级基因组和2个已有基因组构建超级泛基因组，鉴定出103,333个插入、119,794个缺失等结构变异；Sgal12g015720在野生番茄S. pennellii中高表达，而在栽培番茄中几乎不表达；过表达该基因的Micro-Tom植株果实数增加超过两倍，渐渗系IL12-2和IL12-3也表现出更多分枝和果实。
- 研究意义
- 该研究提供了番茄超级泛基因组资源，有助于加速番茄生物学研究和育种，并展示了结构变异在作物改良中的潜力。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
系统发育与比较基因组分析
解析番茄物种间的进化关系，并评估基因组成分和重复序列的演化。
利用9,343个单拷贝直系同源基因构建系统发育树，并估计分化时间；分析转座子含量和LTR插入时间。
构建超级泛基因组
捕获番茄属的基因库，鉴定核心基因、非核心基因和种特异性基因。
对13个基因组（11个新组装和2个已有）进行基因聚类，定义pangene家族，分析基因家族组成。
结构变异鉴定与分析
揭示野生和栽培番茄之间的结构变异景观，包括插入、缺失、倒位、易位和拷贝数变异。
以S. galapagense为参考，对12个基因组进行成对比对，使用SVMU和SyRI调用SV，并分析其分布和频率。
候选基因功能验证（Sgal12g015720）
验证野生番茄基因Sgal12g015720对植株分枝和果实产量的影响。
在Micro-Tom背景下过表达Sgal12g015720，观察T2代表型；并利用渐渗系IL12-2和IL12-3进一步验证。
基于图基因组的SV-GWAS
利用结构变异进行全基因组关联分析，鉴定与风味和代谢物相关的信号。
构建包含S. galapagense参考序列和360,189个SV的图基因组，对321份番茄种质进行SV基因分型，并进行GWAS。
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
产品清单
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| 基因组组装 | PacBio测序 | -- | -- |
| Bionano光学图谱 | Bionano Genomics | -- | |
| Hi-C | -- | -- | |
| RNA提取 | 植物RNA提取试剂盒 | Tiangen | DP432 |
| RT-qPCR | 5X All-In-One预混液 | Applied Biological Materials Quidel | G492 |
| LightCycler96实时荧光定量PCR系统 | Roche | -- | |
| ChamQ SYBR qPCR预混液 | Vazyme Biotech Co. | Q311-02/03 | |
| 遗传转化 | pCAMBIA1300载体 | -- | -- |
| 根癌农杆菌（GV3101菌株） | -- | -- |
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 基因组组装 | 采用的物种、组装软件版本及参数、数据来源、组装质量指标（如BUSCO值） 阅读提示：Methods: De novo genome assembly, Evaluation of genome assemblies |
| 系统发育分析 | 单拷贝直系同源基因的数目、树构建软件及参数、校准点 阅读提示：Methods: Phylogenetic tree construction and divergence time estimation |
| 结构变异鉴定 | 参考基因组、比对软件及参数、SV类型、过滤标准 阅读提示：Methods: Identification of genetic variants |
| 基因功能验证（过表达） | 表达载体、转化方法、植株背景、观察的世代（T2）、测量指标（侧枝数、果实数等） 阅读提示：Methods: Functional characterization of the candidate gene; Results 与图3 |
| 渐渗系验证 | 渐渗系名称（IL12-2和IL12-3）、亲本（供体S. pennellii LA716，轮回亲本M82）、表型指标 阅读提示：Results 与图3（Supplementary Fig. 28） |
| SV-GWAS | 图基因组构建软件（vg）、SV集来源、群体构成、表型数据、显著性阈值 阅读提示：Methods: Graph-based tomato genome construction and SV genotyping, Genome-wide association studies |