玫瑰（Rosa rugosa）原产于东亚，分类上属蔷薇目蔷薇科蔷薇属玫瑰种。玫瑰属于落叶灌木，枝杆多刺，奇数羽状复叶，小叶5-9片，椭圆形，有边刺。玫瑰花瓣倒卵形，重瓣至半重瓣，花有紫红色、黄色、粉色、白色和各种复色，夏季和初秋开花，结红色扁球形可食用果实。

玫瑰有多种商用价值。因其迷人的粉红色花朵，经常被用来作为防风林和树篱，在北美和欧洲也被种植作为引进的观赏植物；因其果实中酚类，类黄酮化合物以及抗坏血酸含量高，具有抗氧化活性和抗菌活性等药用价值；因其花朵中含有令人愉悦的挥发性化合物，主要用于提炼玫瑰精油，玫瑰精油应用于化妆品、食品、精细化工等工业用途。由于玫瑰极强的适应能力，可以适应干旱、盐碱地、高温高湿地区，因此具有良好的生态价值，对于改良月季、蔷薇等品种的抗性具有较高的育种价值。然而，由于缺乏玫瑰的基因组信息，玫瑰的产学研还处于初级阶段，限制了玫瑰育种的改良。

南京农业大学园艺学院程宗明教授和陈飞等人在Horticulture Research上发表了题为A chromosome-levelgenome assembly of rugged rose (Rosa rugosa)provides insights into its evolution, ecology, and floral characteristics的研究论文，破译了首个玫瑰植物的基因组，达到了高质量染色体的组装水平，为该植物的遗传研究和分子育种提供了图谱，揭示了玫瑰耐盐、耐旱等的分子遗传基础。

该研究以玫瑰成熟叶片作为测序材料，使用了包括PacBio HiFi测序技术、10X Genomics和 Hi-C 在内的测序技术共同构建玫瑰的参考基因组，具体测序数据如下表1。其中使用PacBio HiFi测序获得了59.24Gb的原始数据，同二代测序数据纠错后，获得组装基因组为382.64 Mb，Contig N50为15.36 Mb，与同为蔷薇科的月季（R. chinensis）、草莓（Fragaria vesca）等基因组相比，该玫瑰基因组序列质量高、完整度好，序列具有高可信度。

应用Hi-C测序技术将 98.21% 的序列锚定到7条染色体上（如下图1），获得了高质量的7条玫瑰染色体序列。

图1 R. rugosa Hi-C 相互作用热图显示Contigs 组装成7条染色体

PacBio HiFi测序兼顾长度长和高准确度，无碱基偏好性的均一性覆盖度，能更好地对基因组中高GC含量序列或重复序列进行检测。R. rugosa基因组由50.27%的重复序列组成（表 2）。这些重复序列中的大多数是长末端重复序列 (LTR)，包括Gypsy和Copia，占全基因组的26.75%。R. rugosa中LTR的比例远大于草莓属中的比例，但略低于月季（R. chinensis），表明LTR在蔷薇科植物中的快速进化。

通过分析其基因组编码39,704个蛋白质编码基因，使用GO、KEGG和COG数据库分别注释了37.32%、87.58%和23.03%的基因，将基因和重复元素映射到 7 条染色体（图 2）。

图 2 R. rugosa高质量基因组组装和基因组细节可视化。A: 7条染色体；B:基因密度（窗口大小 = 50 kb）；C:LTR 密度（窗口大小 = 50 kb）；D:GC含量分布（窗口大小 = 50 kb）；E:共线性分析

这项研究首次为玫瑰研究提供了基因组宝贵资源。通过分析R. rugosa的基因组序列和比较基因组分析，从三个主要角度为玫瑰的生物学、生态学和进化提供了新的见解。

从结构基因组学的角度来看，基于对玫瑰和其他蔷薇科基因组的比较分析，研究发现在月季(R. chinensis)中发现了一个独特的10.44Mb大片段倒置，并在草莓中发现了WGT后事件引起1.56Mb片段的易位，如下图3。这些结果表明，蔷薇属内的基因组在同线性方面非常保守，小的遗传变化可能导致形态变异。

图3 使用几种真双子叶植物进行跨物种比较，包括葡萄 (V. vinifera)、玫瑰（R.rugosa）、月季（R. chinensis）、草莓 (F. vesca) 和桃 (P. persica)。红线表示使用葡萄作为外群在这些蔷薇科物种中进行基因组重排

从花生物学的角度来看，发现玫瑰基因组中保留的 MADS-box基因比月季中更多，这表明该基因在玫瑰花发育中的潜在作用。

从应激生物学的角度来看，发现许多胁迫相关的转录因子DREB2A-INTERACTING PROTEIN 2(DRIP2)和肽转运蛋白 3(PTR3)在玫瑰中特异性扩增和保留，可能有助于其适应应激环境。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41438-021-00594-z