编辑 | 何理、陈泓朴
雌雄异株植物约占被子植物的5-6%，而性别决定系统在被子植物不同分支中经过多次的独立起源和演化。性别决定系统主要为两类，即XX/XY (雄性异配) 和 ZW/ZZ (雌性异配)。植物性染色体之间存在明显的形态差异或保持同型。随着全基因组测序技术的发展，现已完全可以利用基因组数据鉴定出同型性染色体上的性别决定区域，这为性染色体演化的研究供了强有力的基础。
狭义杨柳科 (Salicaceae sensu stricto) 均为雌雄异株植物，主要包括杨属 (Populus L.) 和柳属 (Salix L.)，两个属内均包括具有XY或ZW性别决定系统的植物，该科近几年已成为研究性染色体演化的热点类群。而柳属主要划分为柳亚属分支(subgenus Salix clade)、皱纹柳亚属和黄花柳亚属分支 (Chamaetia-Vetrix clade)，已知的柳亚属分支的性别决定系统为XY，而皱纹柳亚属和黄花柳亚属分支具有ZW性别决定系统。但已发表的或公开的柳属基因组资源都来自皱纹柳亚属和黄花柳亚属分支，无疑会阻碍人们对杨柳科性染色体演化的理解。
由北京林业大学、福建农林大学、德国哥廷根大学、美国加州大学欧文分校、英国爱丁堡大学科研人员组成的国际团队解析了柳亚属分支长梗柳（Salix dunii C.K. Schneid.）高质量的基因组 (图1)，利用长梗柳自然居群重测序数据，整合多种生物信息学方法并形成性别决定区域鉴定策略，揭示出长梗柳具有XY性别决定系统，性别决定区域位于7号染色体上且与着丝粒区域重合。研究着重解析了性别关联区域（X-linked region）的基因组成，发现该区域中的基因受到了纯化选择以维持重要功能的稳定性，重复序列在该区域中富集。此外，基因表达数据显示在雌株和雄株中，花序和叶中表达的雄性偏好性基因均明显多于雌性偏好性基因，但性别偏好性基因未在性别关联区域富集。这一研究为性染色体演化提供了重要的线索和基因组资源；为植物性系统遗传改造提供了前提。
(a) 长梗柳基因结构圈图; (b) 重建长梗柳(Salix dunnii),小垫柳(S. brachista)、S. viminalis, S. purpurea和簸箕柳 (S. suchowensis)的系统发育关系，外类群为毛果杨 (Populus trichocarpa); (c) 毛果杨, 长梗柳和S. purpurea基因组的宏观共线性,红色圈表示性别相关区域所在的染色体，深橙色共线性区块为长梗柳X性别相关区域与毛果杨和S. purpurea的演化关系。
2021年2月20日，该研究以“Chromosome-scale assembly of the genome of Salix dunnii reveals a male- heterogametic sex determination system on chromosome 7” 为题目发表在了Top期刊Molecular Ecology Resources(3年平均IF: 6.8)。福建农林大学林学院何理博士和北京林业大学博士研究生贾凯华为论文的共同第一作者，北京林业大学的硕士研究生史天乐和李智超，福建农林大学林学院本科生王苑（现为中山大学硕士研究生）、硕士研究生曾思文和蔡昕杰，德国哥廷根大学的Natascha Dorothea Wagner博士和 Elvira Hörandl教授，美国加州大学欧文分校的Aline Muyle博士，爱丁堡大学的硕士研究生杨可参与了该研究，何理博士和北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心毛建丰副教授为共同通讯作者。爱丁堡大学的Deborah Charlesworth教授(Fellow of the Royal Society)为本研究做了特别重要的贡献。该研究也得到了国内外多位同行的无私帮助。该研究得到了国家自然科学基金(No. 31800466)和福建省自然科学基因的资助(No. 2018J01613)。
https://doi.org/10.1111/1755-0998.13362