北京農(nóng)學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)首次繪制了高質(zhì)量的中華水韭基因組圖譜，這也是報(bào)道的首個(gè)非種子植物染色體水平組裝的四倍體基因組，該研究為進(jìn)一步解析石松植物的進(jìn)化和環(huán)境適應(yīng)性以及中華水韭的保護(hù)提供了重要基礎(chǔ)。
近日，相關(guān)研究以《通過(guò)染色體水平四倍體中華水韭基因組揭示石松植物的進(jìn)化和適應(yīng)性》為題，發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《千兆科學(xué)》上。
中華水韭。課題組供圖
中華水韭基因組圖譜。課題組供圖
中華水韭被認(rèn)為是“植物界大熊貓”，是我國(guó)首批公布的I級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物，同時(shí)也是中國(guó)特有石松類(lèi)植物。在所有維管植物類(lèi)群中，石松類(lèi)植物的進(jìn)化史最長(zhǎng)，對(duì)地球的生物多樣性、土壤形成和二氧化碳固定有著重要的影響。然而，與種子植物相比，石松植物的分布面積大大縮小，石松屬的幾個(gè)物種已經(jīng)瀕臨滅絕。中華水韭是古老的四倍體（2n = 4x = 44）水生石松植物。中華水韭曾經(jīng)廣泛分布，但現(xiàn)在已經(jīng)從大部分棲息地消失了。中華水韭的基因組圖譜的繪制，對(duì)深入理解石松植物的進(jìn)化及環(huán)境適應(yīng)性，以及對(duì)中華水韭的保護(hù)有著重要意義。
此研究結(jié)合二代、三代基因組測(cè)序和Hi-C數(shù)據(jù)，組裝了包含22條染色體2.13千兆的中華水韭四倍體基因組，其scaffold N50達(dá)到86.66兆。通過(guò)與近緣二倍體臺(tái)灣水韭的比較分析，揭示了石松植物四倍體基因組和多倍化的特征以及中華水韭和臺(tái)灣水韭景天酸代謝途徑以及氣孔發(fā)育的異同。通過(guò)與進(jìn)化上代表性的物種的比較分析，發(fā)現(xiàn)中華水韭具有的一些共同的遺傳調(diào)控特性，如轉(zhuǎn)錄調(diào)控、脫落酸、細(xì)胞分裂素、乙烯、茉莉酸和赤霉素信號(hào)通路等。另一方面，也發(fā)現(xiàn)了一些參與獨(dú)角金內(nèi)酯、水楊酸代謝和脅迫反應(yīng)（寒冷、干旱、鹽度和鎘）相關(guān)的重要基因，在中華水韭和許多石松植物中“丟失”。這些發(fā)現(xiàn)為研究石松植物的發(fā)育及其對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)性提供了新的見(jiàn)解，為中華水韭的保護(hù)提供了重要的信息。
據(jù)悉，北京農(nóng)學(xué)院為第一完成單位，北京農(nóng)學(xué)院園林學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師崔金騰和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所客座研究生朱云柯為論文第一作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究員梁哲為論文通訊作者，北京農(nóng)學(xué)院園林學(xué)院本科生沈思仟、王曈昕、崔文文參與了此項(xiàng)研究工作。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/gigascience/giad079
https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/10/510559.shtm
