項目文章 | 水柏枝屬染色體水平基因組在中科院一區(qū)發(fā)布

近日，由西南大學(xué)、重慶市林業(yè)科學(xué)研究院、重慶城市管理職業(yè)學(xué)院團隊合作完成的項目成果《?Chromosome-scale?genome?assembly?clarifies?the?mechanism?of?flooding?tolerance?and?evolutionary?history?of?Myricaria?laxiflora》在《科學(xué)引文索引》（SCI）一區(qū)TOP期刊上“Industrial?Crops?&?Products”發(fā)表。該研究報道了水柏枝屬染色體水平基因組，并從形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、比較基因組等多個角度揭示了疏花水柏枝在淹沒的環(huán)境適應(yīng)性和遺傳機制，為檉柳科物種種質(zhì)資源的保護和資源的開發(fā)利用提供了指導(dǎo)。

文章標(biāo)題：Chromosome-scale genome assembly clarifies the mechanism of flooding tolerance and evolutionary?history of?Myricaria laxiflora

期刊名稱：Industrial Crops & Products

合作單位：西南大學(xué)、重慶市林業(yè)科學(xué)研究院、重慶城市管理職業(yè)學(xué)院

研究物種：疏花水柏枝

研究方法：基因組學(xué)

百邁客生物為該研究提供了基因組測序和部分分析工作。

疏花水柏枝（Myricaria laxiflora），檉柳科，是長江流域天然存在的寶貴植物資源，對淹沒的棲息地具有較好的適應(yīng)性，每年可以忍受大約五個月的淹沒。洪水對植物的生長、發(fā)育和產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致死亡。全球氣候變化使洪水更加常見和嚴(yán)重。研究疏花水柏枝對極端洪澇環(huán)境的適應(yīng)機制，尋找關(guān)鍵功能基因，為種質(zhì)改良提供理論和遺傳依據(jù)。

本研究借助三代PacBio HiFi和Hi-C等技術(shù)，構(gòu)建了高質(zhì)量染色體水平的疏花水柏枝基因組，最終組裝大小為1.34Gb，contig N50=11.69Mb。二代、三代回比比對率分別為94.14%和99.75%，CEGMA和BUSCO評估分別為93.67%和96.47%，表明組裝的基因組完整性比較高。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組預(yù)測、同源預(yù)測和從頭預(yù)測的方式共得到23,719個蛋白質(zhì)編碼基因。

比較基因組研究發(fā)現(xiàn)疏花水柏枝與苦蕎（F. tataricum）的親緣關(guān)系最為密切，大約在65-81百萬年前（Mya）發(fā)生分化；在19.74 ~ 24.60 Mya之間發(fā)生了一次全基因組復(fù)制（WGD）， 4dTV分析證實了這一點。在0.15 Mya左右存在一個長末端重復(fù)（LTR）插入。這些基因組變化可能與疏花水柏枝在進化過程中所經(jīng)歷的環(huán)境劇變（如青藏高原隆升）有關(guān)?；蚣易宸治鲲@示疏花水柏枝的特有基因家族與能量代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)密切相關(guān)；85個基因在疏花水柏枝基因組中經(jīng)歷了正選擇，這些基因在與氨基酸合成和代謝相關(guān)的KEGG通路中顯著富集。

作者通過比較水淹和對照條件下疏花水柏枝形態(tài)、生理和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的變化，分析了植物對水淹的適應(yīng)機制。總體而言，在完全淹沒的狀態(tài)下，疏花水柏枝采用“靜止”的策略。具體來說，在淹水條件下，光合作用減弱，生長停滯，糖酵解被激活，抗氧化酶系統(tǒng)增強。乙烯反應(yīng)途徑可能是這一過程的調(diào)控因子，MlERF-VII基因(Mla11G026380)可能是調(diào)控這一過程的關(guān)鍵基因。

小 結(jié)

本研究成功構(gòu)建了一個染色體水平的疏花水柏枝基因組，并對其特征進行了分析。進一步結(jié)合形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析評估了該物種適應(yīng)極端洪水環(huán)境(完全淹沒)的遺傳機制。本研究對疏花水柏枝種質(zhì)資源的保護和資源的開發(fā)利用具有重要意義。