近日，中國熱帶農業科學院橡膠研究所聯合海南大學、蘭州大學等團隊在國際主流雜志《Nature Communications》上發表了題為“Pan-genome and phylogenomic analyses highlight Hevea species delineation and rubber trait evolution”的研究論文。研究闡釋了目前世界主要產膠國保存的三類橡膠樹種質資源的遺傳結構和親緣關系，并發現橡膠延伸因子/小橡膠粒子蛋白（REF/SRPP）大基因簇的產生，及其在產膠細胞乳管中的特異性功能分化是植物形成產膠這種抗蟲性狀的一個關鍵性進化事件。研究結果，為進一步探究產膠性狀的進化機制，加快橡膠樹資源的高效利用和品種遺傳改良提供了重要理論依據和資源支撐。

目前橡膠生產上的主要栽培品種均可追溯到來自橡膠樹屬（Hevea）巴西橡膠樹（H. brasiliensis）種內的22株1876（年）魏克漢種質，遺傳資源狹窄是橡膠樹雜交育種進展緩慢的一個重要因素。同時，在橡膠樹屬的其他種，以及巴西橡膠樹種內的野生種質中報道存在豐富的產膠、抗病、速生和耐旱等重要農藝性狀遺傳變異。但是，缺乏對不同類型橡膠樹種質的親緣關系、遺傳多樣性和基因流動等方面的系統研究。

之前發表的橡膠樹基因組均局限在巴西橡膠樹一個種中，本研究對包含巴西橡膠樹品種、野生種質和橡膠樹屬其他種的8個材料進行了de novo測序，獲得了高質量的基因組。在此基礎上，結合94個橡膠樹屬種質材料的重測序數據進行系統進化基因組學研究，發現這些種質可明顯地分為5個譜系（lineage），其中4個為野生種質、1個為栽培品種；在栽培品種譜系中，發現已有2個野生種質譜系的基因滲入（genetic introgression）。此外，在所研究的7個其它橡膠樹屬種或變種材料中，發現只有一個可認為是純種（H. sprueana），而其它材料或者存來自巴西橡膠樹栽培品種或野生種質的遺傳混雜（genetic admixture），或者直接與巴西橡膠樹栽培品種或野生種質譜系聚在一起。

橡膠樹8個種質的基因組拼接與注釋（左圖）

橡膠樹種質的群體遺傳和進化分析（右圖）

通過對152個種子植物基因組的大尺度比較研究，結合大量的基因表達和橡膠產量數據，我們發現橡膠生物合成通路的關鍵基因家族REF/SRPP在橡膠樹屬的基因組中發生了顯著擴增，產生了一個大的基因簇，并分化出表達顯著受割膠傷害誘導、在產膠細胞乳管中特異超高表達、表達與產膠能力顯著正相關的家族成員。同時，在其他產膠植物如俄羅斯蒲公英和萵苣的基因組共線區域中，也出現了類似的REF/SRPP大基因簇，也分化出在乳管中特異高表達的家族成員。這些結果表明，REF/SRPP大基因簇的產生，以及乳管特異性功能分化是植物產膠性狀進化中的一個關鍵推動力。

橡膠樹泛基因組分析（左圖）

橡膠樹屬REF/SRPP大基因簇的產生及功能分化 （右圖）

論文第一署名單位為熱帶作物生物育種全國重點實驗室、中國熱帶農業科學院橡膠研究所， 方永軍副研究員和肖小虎副研究員為該論文共同第一作者，海南大學三亞南繁研究院唐朝榮研究員、蘭州大學生態學院劉建全教授為該論文共同通訊作者。廣西大學張積森教授、中國農科院深圳農業基因組研究所林強副研究員等參與了該項研究。研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、海南省科技人才項目、海南省自然科學基金、基本科研業務費等項目資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51031-3