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编辑推荐：为解决四倍体马铃薯(Solanum tuberosum ssp. tuberosum)基因组高度杂合导致的育种难题，Hequan Sun等通过10个历史品种的染色体级分型组装构建欧洲马铃薯泛基因组，发现单碱基差异率达1/56bp的极端序列多样性（是人类20倍）与仅9/40的单倍型低多样性并存，揭示野生种渗入贡献40%基因组区域。该研究将泛基因组转化为单倍型图谱，仅用短读长数据即可重建现代栽培种（如'Russet Burbank'）兆碱基级单倍型区块，为加速基因组辅助育种提供关键资源，发表于《Nature》。
马铃薯作为全球最重要的非谷物粮食作物，其四倍体基因组的高度杂合性长期阻碍育种进展。16世纪引入欧洲后，经历多次种群瓶颈的马铃薯却展现出令人费解的遗传特征：一方面单倍型多样性极低，另一方面序列变异率高达人类20倍。这种矛盾现象背后隐藏着怎样的进化机制？现代育种又该如何突破基因组复杂性带来的技术壁垒？
西安交通大学等单位的研究人员联合国际团队，通过对10个欧洲历史马铃薯品种的染色体级分型组装，构建了迄今最完整的四倍体马铃薯泛基因组，相关成果发表于《Nature》。研究采用创新的组装策略：首先利用PacBio HiFi长读长(26-36×覆盖度)和Hi-C数据，通过hifiasm初步组装后，根据测序深度将contig分类为haplotig/diplotig/triplotig/tetraplotig；接着用Hi-C数据将haplotig分入单倍型组，并将多倍体contig分配至对应组；最后通过迭代重组装和支架构建，获得N50达4.0-6.2Mb的染色体级组装。所有组装均通过Merqury(QV≈45)和BUSCO(>95%)验证。
研究取得以下重要发现：
Few but highly divergent haplotypes
单倍型间平均仅56%区域保持同线性，存在长达37Mb的倒位变异。全基因组单碱基变异频率达1/16bp，而两两比较的核苷酸多样性(π)为0.018（即1/56bp），是人类20倍。但10kb窗口内平均仅出现9种单倍型（理论最大值40），某些区域甚至存在跨数十Mb的共享单倍型区块。
Extensive admixture with wild species
通过系统发育和D-statistics分析发现：40%的栽培马铃薯基因组来自南美野生种Clade 4S的渗入，这些区域与高多样性位点显著重叠(ANOVA F(1,725)=69.09, P=4.6×10?16)，而着丝粒周边低多样性区域渗入较少。这解释了瓶颈效应与高变异并存的矛盾。
85% of the European haplotypes captured
通过泛基因组分析表明：当前组装已覆盖欧洲马铃薯85%的遗传变异，拟合曲线显示仅需增加24个基因组即可覆盖95%。基因家族分析显示核心基因组仅含5,602个基因家族（二倍体的50%），且随机四倍体组合的基因家族数常低于预期，反映有害突变负荷的影响。
Phasing genomes with a haplotype graph
创新性地将泛基因组转化为100kb节点构成的单倍型图谱，通过k-mer匹配成功重建了'Russet Burbank'等品种的伪基因组（N50达0.6-1.0Mb）。与de novo组装对比显示，87%伪contig能准确对应单倍型，验证了方法的可靠性。
这项研究首次系统揭示了欧洲马铃薯"低单倍型多样性-高序列变异"的基因组悖论及其野生种渗入的进化机制。所构建的泛基因组资源不仅为解析马铃薯驯化史提供新视角，更通过单倍型图谱技术突破四倍体基因组分析的瓶颈。特别值得注意的是，该方法使得仅用短读长数据即可获得兆碱基级单倍型区块，这将大幅降低育种研究的基因组分析成本。作者指出，针对性地补充24个关键品种的基因组即可覆盖95%的欧洲马铃薯变异，为完成首个植物泛基因组完整图谱指明方向。随着欧盟对基因编辑作物的政策放开，这些发现将为马铃薯育种带来革命性机遇——既可精准引入野生种优良等位基因，又能有效清除连锁的有害突变，最终突破四倍体基因组对马铃薯育种的百年束缚。
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