小豆（Vigna angularis）起源于中国，是古老的功能性小杂粮和传统出口作物。在距今7000多年前的浙江跨湖桥考古遗址就发现了最早的小豆食品。小豆富含优质蛋白、叶酸、铁、锌、小豆皂苷和类黄酮等生物活性物质，在中国、日本、韩国、印度、肯尼亚、索马里、澳大利亚、巴西、加拿大等30多个国家种植。

小豆的起源存在争议，其驯化机制也尚不明确，而参考基因组的延续性欠佳。通过高质量的基因组测序、完善的基因组组装和全基因组关联分析，可以为小豆驯化机制的研究和小豆育种改良提供重要意义，同时也有助于其他豆类的驯化和育种研究。

近日，北京农学院小豆研究团队联合华大基因，与中科院遗传与发育生物学研究所和澳大利亚莫道克大学等单位密切协作，利用二代及三代测序技术，结合Hi-C染色体辅助组装，成功完成小豆京农6号基因组测序及组装；同时，对322份小豆种质资源进行重测序，鉴定14个农艺性状表型，并进行全基因组关联分析，从中获得多个候选基因。

基因组更新获得染色体水平高质量基因组，Contig N50约16Mb，序列挂载率达97.8%， 注释获得3 2738个蛋白编码基因。

图1 京农6号基因组组装

比较基因组学研究分系基因家族的进化、获得全面的系统发育树，鉴定了小豆和其他十一个物种之间独特且共享的基因家族。揭示小豆第3号和5号染色体发生断裂融合，发现小豆5号染色体在豇豆属中独立存在，并具有受到单独驯化的重要区间，可能使得其区别于豇豆属的绿豆和豇豆等物种。

图2 小豆，绿豆和豇豆比较基因组学分析

对来源广泛的322份野生小豆、半野生小豆、栽培小豆地方品种和育成品种进行全基因组重测序分析，揭示了中国野生小豆遗传多样性高且为最原始类型，推测中国长江中下游流域应是小豆起源驯化中心。构建了综合性小豆基因组变异图谱，揭示了小豆进化和驯化模式。

图3  322份野生小豆和栽培小豆群体结构分析

小豆5号染色体在驯化中起重要作用，候选基因VaCycA3;1单个SNP变异与裂荚性状密切相关，候选基因VaHB15G/T单碱基SNP变异与成熟期相关。

图4 驯化性状全基因组关联分析和选择清除

在1号染色体和8号染色体上分别鉴定出小豆种皮色重要候选基因VaANR1和VaBm，单倍型分析和组学及遗传分析发现VaANR1基因编码序列内一个SNP变异可能是引起小豆红种皮色驯化的重要因子。候选基因VaBm有3种单倍型，其中CC单倍型表现出种皮上无黑花斑，野生小豆种皮都具有黑斑。

图5 小豆种皮色全基因组分析

北京农学院研究生楚立威（现大连大学讲师）、杨凯教授、赵波副教授、华大基因陈春海为论文共同第一作者，北京农学院万平教授，华大基因简建波副研究员、中科院遗传与发育研究所田志喜研究员、澳大利亚莫道克大学Rajeev K Varshney教授为论文共同通讯作者，美国农业部贝尔茨维尔农业研究中心宋启健研究员和英国斯旺西大学Eva C. Sonnenschein教授为本研究提供了重要指导与帮助。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市教委重点项目和北京农学院等项目资助。感谢南京农业大学盖钧镒院士和杨守萍教授帮助提供材料种植场地。