4月28日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員韓斌課題組與中科院植物研究所北方資源植物重點實驗室及系統與進化植物學國家重點實驗室研究員桑濤課題組長期合作，完成了多年生禾本科芒屬南荻基因組序列草圖的繪制。相關研究成果以Chromosome-scale assembly and analysis of biomass crop Miscanthus lutarioriparius genome為題，在線發表在Nature Communications上。

南荻（Miscanthus lutarioriparius）是我國特有的一類芒屬（Miscanthus）植物，是一種具有應用價值的木質纖維素生物乙醇原料和生物質材料。南荻的年均幹生物質産量高于芒（M. sinensis）、荻（M. sacchariflorus）和五節芒（M. floridulus）。基因組較大且重複序列含量高，南荻基因組一直被視為較難測序組裝的複雜植物基因組。

韓斌課題組利用納米孔技術（Oxford Nanopore Technologies）和高通量染色體構象捕獲技術（High-throughput chromosome conformation capture，Hi-C），對我國特有的多年生禾本科芒屬物種——南荻基因組進行測序組裝和分析，構建了第一個染色體級别的高質量南荻基因組序列，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數據錨定到了19條染色體上，且鑒定到19條染色體的着絲粒序列和第10号染色體的端粒序列。通過對19條染色體的着絲粒區微衛星重複序列的分析，證實了南荻的異源四倍化起源假說，且進一步将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。南荻基因組中重複序列約占基因組的69.27%。通過南荻與其他禾本科植物的比較基因組分析，确證了南荻基因組内近期的全基因組加倍事件（Whole Genome Duplication，WGD），同時鑒定到一系列的染色體結構變異，這些染色體結構變異（包括染色體融合事件）加速了南荻在全基因組加倍之後的二倍化進程。此外，該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發育分析，确定了該研究的基因組測序材料與已發表的南荻葉綠體基因組具有最近的親緣關系。基于葉綠體基因組序列的系統發育分析為芒屬物種的進化和分類關系提供了新證據。

該研究還對南荻重要性狀相關的基因家族（包括細胞壁生物合成、重金屬離子轉運、抗病和C4光合途徑相關基因）進行了鑒定分析。除了最近的全基因組複制外，串聯複制在這些基因家族的規模擴大中也發揮了重要作用。轉錄組數據顯示，大部分重複基因在所有轉錄組樣本或預期樣本中表達水平極低。這些相關基因為解析南荻重要性狀的遺傳基礎和開展分子輔助育種奠定了基礎，也為更好地開展水稻等植物的環境适應性研究和探索植物多年生的遺傳機制提供了參考。

分子植物卓越中心韓斌研究組博士研究生缪家順和正高級工程師、博士馮旗是論文的共同第一作者。韓斌和桑濤為論文的共同通訊作者。研究工作得到中科院和國家自然科學基金委項目的資助。

圖1.南荻基因組特征分析

圖2.南荻基因組着絲粒衛星重複序列分析

來源：中國科學院分子植物科學卓越創新中心、中國科學院植物研究所

來源： 中科院之聲

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