【客户文献分享】NAT COMMUN（IF=15.7）| 单倍型解析的端粒到端粒基因组与多组学分析揭示橡胶树对割胶的遗传响应

    橡胶树（Hevea brasiliensis）是全球天然橡胶最主要来源的作物，目前橡胶树育种已经有百年历史，虽然产量已有显著提升，但由于现代栽培品种遗传背景狭窄、遗传多样性有限，进一步增产面临瓶颈。此外，以往发表的橡胶树基因组存在大量缺口、端粒和着丝粒区域未完全解析、单倍型信息缺失等问题，限制了对其橡胶生物合成机制和割胶响应遗传基础的深入理解。因此，构建一个高质量、单倍型分辨、端粒到端粒（T2T）无缺口的参考基因组，并结合多组学手段解析橡胶树在连续割胶过程中的分子响应机制，具有重要的理论意义与应用前景。

    2025年7月7日，中国热带农业科学院橡胶研究所科研团队在Nature Communications 杂志发表题为“The haplotype-resolved telomere-to-telomere genome and OMICS analyses reveal genetic responses to tapping in rubber tree”的研究论文。

    该研究以栽培品种CATAS 7-33–97为材料，利用PacBio HiFi、ONT ultra-long和Hi-C等高通量测序技术，成功构建了橡胶树首个单倍型分辨的T2T无缺口基因组。两个单倍型（hapA和hapB）各约1.56 Gb，contig N50均超过93 Mb，BUSCO完整性评估均高于98.8%，重复序列比例约84.6%，显示出极高的组装质量与完整性（图1）。研究首次完整注释了所有36条染色体的端粒和着丝粒区域，并鉴定出大量结构变异，尤其在8号染色体上发现一个32.71 Mb的大规模倒位（sv33M），该结构变异在野生型和栽培型中均存在，可能具有重要的进化与功能意义。

图1.CATAS 7-33-97 的表型和基因组特征

    T2T橡胶基因组能够对与橡胶生产相关的基因进行详细的进化研究。为了鉴定产胶相关基因的直系群，通过与八个近缘物种比较基因组学分析，发现栽培橡胶树在伤口响应、萜类合成、茉莉酸响应和脂代谢等相关基因家族显著扩张。特别是橡胶延伸因子（REF）和小橡胶颗粒蛋白（SRPP）基因家族在栽培种中明显扩增，且多数成簇分布，可能与橡胶产量提升密切相关。

图2. 橡胶生物合成相关基因的进化分析

    使用收集的CATAS 7-33-97转录组数据，鉴定了花（FL），愈伤组织（CA），初代胚胎（PE），子叶胚胎（CE），成熟胚胎（ME）和不同敲击（T1，T7，TN）的乳胶中差异表达的双等位基因。10,136个等位基因在所有这些样品中显示出特异性表达（图3A），其中9546个（94.18%）呈现“一致性ASE”，即在同一单倍型中持续高表达。在与橡胶生物合成相关的82个基因，有17个表现出一致的ASE模式，暗示等位基因表达不平衡可能影响橡胶合成效率。

图3.橡胶中的等位基因特异性表达 （ASE） 分析

    通过敲击树皮以收集乳格体中产生的乳胶来获得橡胶产量，当原始树开始采伐时，乳胶产量会逐渐增加，并在采伐 7-10 次后达到稳定水平。在这些连续的敲击（重复机械损伤）期间，橡胶生产能力得到增强。为了揭示这种现象下的机制，我们从第一次到第十次采伐的未采伐树木（8 年生）中收集了乳胶样品（T1-T10），以及采伐5年（13年龄）的树木的乳胶样品（TN）（图4A）。正如预期的那样，连续割胶7次（T7）后，胶乳干胶产量、橡胶合成活性（APC13C）显著上升，橡胶颗粒尺寸和蔗糖含量下降，表明代谢活性达到高峰。代谢组分析显示，甲羟戊酸（MVA）含量在T7和TN时显著上升，且与MVA途径基因表达高度正相关，尤其与mevalsonate kinase 1（MVK1）表达极显著相关，提示MVA途径是橡胶生物合成中碳流的主要来源。

图4. 橡胶生物合成途径代谢物对连续割胶的响应

    外源JA处理可显著提高橡胶合成活性和干胶产量，尤其在割胶早期（T1–T7）效果显著。转录组分析发现，JA信号通路中的关键转录因子（如MYC2、ERF1B、JAZ8）在连续割胶中表达上调。进一步通过双荧光素酶报告系统和酵母单杂交实验证实，MYC2可直接结合MVK1启动子中的G-box元件并激活其转录，从而增强MVA通路的碳流向橡胶合成方向流动。

图5. 连续采胶过程中的代谢组和激素谱分析

    该研究不仅提供了橡胶树首个单倍型分辨的T2T参考基因组，为后续基因功能研究和分子育种提供了关键资源，还通过整合多组学数据，揭示了连续割胶通过JA信号通路—MYC2—MVK1调控轴增强橡胶生物合成的分子机制，为通过遗传手段提高橡胶树产量提供了重要理论依据和候选基因。