陕西
花苜蓿(Medicago ruthenica) 是一种多年生豆科牧草，广泛分布于我国北方天然草原，具有抗寒、抗旱、耐贫瘠等优良特性，是干旱半干旱地区生态修复和优质牧草生产的重要资源。花苜蓿荚果开裂是导致种子产量损失的重要因素之一，严重限制了花苜蓿种子生产及规模化利用。因此，解析荚果开裂抗性的遗传基础，对于实现花苜蓿种子高产育种具有重要的理论指导与实践价值。内蒙古大学自主选育的花苜蓿品种“内大草3号”(ND–3)具有低裂荚、种子产量高的特性，已广泛应用于生态修复和人工草地建设。尽管已有多个花苜蓿基因组发布，但现有组装在端粒、着丝粒等复杂区域仍存在缺口，限制了基因组精细解析及重要农艺性状基因挖掘。
近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表内蒙古大学李俊教授、黄建勋研究员团队题为“A telomere-to-telomere genome assembly of Medicago ruthenica enables QTL mapping and marker development for pod shattering resistance”的研究论文。该研究构建了花苜蓿“内大草3号”(ND–3)T2T基因组，成功定位了荚果开裂抗性的关键遗传位点，并转化为可用于辅助选择的分子标记，为后续抗裂荚品种的分子育种提供了直接可用的技术工具。
该研究以低裂荚花苜蓿品种“内大草3号”(ND–3)为材料，构建了高质量端粒到端粒(T2T)参考基因组。该基因组大小为929.3 Mb，鉴定了全部16个端粒和8个候选着丝粒区域，显著提升了花苜蓿基因组结构解析的完整性和准确性。与已发表的花苜蓿基因组相比，ND–3 T2T基因组在染色体连续性、基因注释完整性以及重复序列解析等方面均表现出更高质量。基于该T2T基因组，研究团队结合全基因组重测序数据构建了高密度遗传连锁图谱，并对花苜蓿荚果开裂性状进行了QTL定位分析。研究共鉴定了两个与荚果开裂相关的QTL位点，其中位于第4染色体上的主效QTL qPS4可解释10.54%的表型变异。进一步分析发现，qPS4区域内候选基因MrutChr4G257060编码多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白，其关键SNP变异与荚果开裂抗性密切相关。基于该优势变异位点，研究团队开发了KASP分子标记，并在不同表型材料中进行了验证，可有效辅助抗裂荚材料的早期筛选。
“内大草3号”T2T基因组组装、抗裂荚性状QTL定位及分子标记开发
A: ND–3基因组Circos图；B: 花苜蓿T2T基因组与已发表Medicago属基因组组装质量比较；C: 花苜蓿及代表性植物物种的系统发育关系；D: 花苜蓿S1群体荚果开裂表型差异；E: 基于S1群体构建的高密度遗传连锁图谱；F: 花苜蓿荚果开裂性状QTL定位结果；G: 基于qPS4关联SNP开发的KASP分子标记基因型鉴定结果；H: 结合表型鉴定、QTL定位和KASP分型开展花苜蓿荚果开裂抗性分子辅助选择的技术流程。
综上所述，该研究构建了花苜蓿高质量T2T基因组，解析了荚果开裂抗性的遗传基础，鉴定了关键QTL并开发了分子标记，为深入研究花苜蓿复杂农艺性状的遗传调控机制以及开展分子辅助育种提供了重要支撑。
作者简介
内蒙古大学博士后李强、硕士研究生王明亮、讲师王文颖为该论文共同第一作者。李俊教授、黄建勋研究员和李京隆讲师为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委员会与内蒙古自治区科学技术厅相关项目的联合资助。
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