北京農(nóng)學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所團隊首次繪制了高質(zhì)量的中華水韭基因組圖譜，這也是報道的首個非種子植物染色體水平組裝的四倍體基因組，該研究為進一步解析石松植物的進化和環(huán)境適應(yīng)性以及中華水韭的保護提供了重要基礎(chǔ)。

近日，相關(guān)研究以《通過染色體水平四倍體中華水韭基因組揭示石松植物的進化和適應(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

中華水韭被認為是“植物界大熊貓”，是我國首批公布的I級重點保護野生植物，同時也是中國特有石松類植物。在所有維管植物類群中，石松類植物的進化史最長，對地球的生物多樣性、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，對深入理解石松植物的進化及環(huán)境適應(yīng)性，以及對中華水韭的保護有著重要意義。

此研究結(jié)合二代、三代基因組測序和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達到86.66兆。通過與近緣二倍體臺灣水韭的比較分析，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灣水韭景天酸代謝途徑以及氣孔發(fā)育的異同。通過與進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、細胞分裂素、乙烯、茉莉酸和赤霉素信號通路等。另一方面，也發(fā)現(xiàn)了一些參與獨角金內(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)育及其對逆境脅迫的適應(yīng)性提供了新的見解，為中華水韭的保護提供了重要的信息。

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)院高級實驗師崔金騰和中國農(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