中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌院士研究組與中科院植物所桑濤研究組長期合作，成功完成了多年生禾本科芒屬南荻基因組序列草圖的繪制，相關(guān)研究成果4月28日在線發(fā)表于《自然—通訊》。

　　南荻（Miscanthus lutarioriparius）是中國特有的一類芒屬（Miscanthus）植物，是一種很有應(yīng)用價值的木質(zhì)纖維素生物乙醇原料和生物質(zhì)材料。南荻的年均干生物質(zhì)產(chǎn)量要高于芒（M. sinensis）、荻（M. sacchariflorus）和五節(jié)芒（M. floridulus）。基因組較大且重復(fù)序列含量高，南荻基因組一直被視為較難測序組裝的復(fù)雜植物基因組。

　　韓斌研究組利用納米孔技術(shù)和高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)（Hi-C）對中國特有的多年生禾本科芒屬物種——南荻基因組進行了測序組裝和分析，構(gòu)建了第一個染色體級別的高質(zhì)量南荻基因組序列，序列總長為2.07 Gb，覆蓋了南荻全基因組的96.64%，包含919個scaffolds，contig N50為1.71 Mb。約94.30%的序列通過Hi-C數(shù)據(jù)錨定到了19條染色體上，且鑒定到19條染色體的著絲粒序列和第10號染色體的端粒序列。通過對19條染色體的著絲粒區(qū)微衛(wèi)星重復(fù)序列的分析，證實了南荻的異源四倍化起源假說，且進一步將19條染色體分配到了兩個亞基因組。南荻基因組注釋包含68328個蛋白編碼基因，其中94.75%的基因位于19條染色體上。南荻基因組中重復(fù)序列約占基因組的69.27%。通過南荻與其它禾本科植物的比較基因組分析確證了南荻基因組內(nèi)近期的全基因組加倍事件（WGD），同時鑒定到一系列的染色體結(jié)構(gòu)變異，這些染色體結(jié)構(gòu)變異（包括染色體融合事件），加速了南荻在全基因組加倍之后的二倍化進程。本研究同時也組裝了一個南荻葉綠體基因組序列，通過與公開的芒屬植物葉綠體基因組序列的系統(tǒng)發(fā)育分析，確定了本研究的基因組測序材料與已發(fā)表的南荻葉綠體基因組具有最近的親緣關(guān)系?；谌~綠體基因組序列的系統(tǒng)發(fā)育分析為芒屬物種的進化和分類關(guān)系提供了新的證據(jù)。

　　這項研究還對南荻重要性狀相關(guān)的基因家族，包括細胞壁生物合成、重金屬離子轉(zhuǎn)運、抗病和C4光合途徑相關(guān)基因進行了鑒定分析。除了最近的全基因組復(fù)制外，串聯(lián)復(fù)制在這些基因家族的規(guī)模擴大中也發(fā)揮了重要作用。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)顯示大部分重復(fù)基因在所有轉(zhuǎn)錄組樣本或預(yù)期樣本中表達水平極低。這些相關(guān)基因為解析南荻重要性狀的遺傳基礎(chǔ)和開展分子輔助育種奠定了基礎(chǔ)。也為更好的開展水稻等植物的環(huán)境適應(yīng)性研究，以及探索植物多年生的遺傳機制提供了參考。

　　這項研究受到中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委項目的資助。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-22738-4

　　文章鏈接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/4/456952.shtm