2021年4月28日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌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)研究成果論文在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

　　南荻是中國特有的一類芒屬植物，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、荻和五節(jié)芒。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)對中國特有的多年生禾本科芒屬物種——南荻基因組進(jìn)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%。

　　研究組通過基因鑒定，證實(shí)了南荻的異源四倍化起源假說，且進(jìn)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68,328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，研究團(tuán)隊(duì)確證了南荻基因組內(nèi)近期的全基因組加倍事件，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(jìn)程。

　　同時，本研究還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，基于葉綠體基因組序列的系統(tǒng)發(fā)育分析為芒屬物種的進(jìn)化和分類關(guān)系提供了新的證據(jù)。

　　本研究還對南荻重要性狀相關(guān)的基因家族，包括細(xì)胞壁生物合成、重金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)、抗病和C4光合途徑相關(guān)基因進(jìn)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(kuò)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(dá)水平極低。

　　這些相關(guān)基因?yàn)榻馕瞿陷吨匾誀畹倪z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(jī)制提供了參考。

　　中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌研究組的博士研究生繆家順以及正高級工程師馮旗博士是論文的共同第一作者。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌研究員、中國科學(xué)院植物研究所北方資源植物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室桑濤研究員為共同通訊作者。這項(xiàng)研究受到中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。

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