2025年4月28日，河南农业大学殷冬梅教授团队联合国内外多家单位在国际著名期刊《Nature Genetics》上发表了题为“Pangenome analysis reveals structural variation associated with seed size and weight traits in peanut”的研究成果，该研究首次绘制了高质量花生泛基因组图谱，涵盖了2个二倍体野生种、2个四倍体野生种和4个四倍体栽培种。通过分析269份不同种子大小材料的重测序数据，鉴定出与种子性状相关的结构变异（SVs）。该研究为未来花生基因组学辅助改良育种提供了理论基础和新思路。希望组为本研究提供了基因组denovo测序和组装注释服务。

研究背景

结果与分析

为探究花生的遗传多样性及群体结构，该研究收集了269份花生种质（32份二倍体野生种、8份四倍体野生种、155份四倍体栽培地方品种、67份四倍体改良种质和7份未分类种质），覆盖广泛地理分布(图1)。通过将测序数据比对至参考基因组并进行变异检测，获得5,989,854个高质量SNPs。系统发育和主成分分析（PCA）显示，野生和栽培花生种质存在明显分化，在驯化过程中，花生种子大小和重量显著增加。此外，研究发现 A、B 亚基因组在遗传多样性和进化上存在差异，表明驯化过程中A、B亚基因组存在不对称性。ADMIXTURE群体结构分析显示，栽培花生可能直接起源于野生异源四倍体祖先（图1）。

图1 269个野生和栽培花生种质的遗传多样性

该研究选取8个具有不同荚果大小的代表性花生种质构建高质量泛基因组，包括2个已发表基因组和6个新测序基因组（1个AA二倍体野生种、2个AABB四倍体野生种、1个AABB四倍体地方品种和2个AABB四倍体改良种）。研究通过整合Nanopore超长、PacBio HiFi和Hi-C技术，采用NextDenovo和HiC-Pro方法对6个种质进行从头组装。新测序的 6 个品种基因组质量高，其连续性和完整性均优于已发表版本。

图2 花生的基因水平泛基因组分析

10-16%与基因区域重叠，15-30%位于基因上下游3,000 bp内，40-80% 与重复序列共定位，主要为长末端重复序列(LTR)。表达调控验证：在启动子和外显子区（而非下游区）的SV显著影响基因表达。该研究重点分析了具有最大荚果的表型极端材料ZP06，发现结构变异通过多种机制影响基因功能（图3），包括直接改变基因结构、调控表达水平等，进而参与产量和抗病性等重要农艺性状的形成。

图3 结构变异和基因表达分析

为解析基因组变异如何影响驯化过程中的基因功能，研究团队通过野生种与地方品种间的全基因组选择清除分析，发现不同染色体区域承受的选择压力存在显著差异。在改良种选育过程中，B亚基因组受选择区域是A亚基因组的2倍 。另外研究鉴定出1,335个与驯化相关SVs，这些变异涉及329个功能基因。其中A、B 亚基因组中与驯化相关的基因在功能上存在差异。同时研究还鉴定出19个与果实大小或抗病性等性状相关的基因，例如，CRK26基因中629 bp的缺失在野生种中更常见；NTF6（调控果实大小）和FBRL2（抗病相关）组成的串联单元在不同花生品种中存在拷贝数变异（图4）。这些结果为进一步研究花生驯化提供了重要线索。

图4 花生驯化过程中的全基因组选择事件

研究团队鉴定出117个与种子重量相关的SVs，通过SV-GWAS分析，在chr.3上定位到一个极显著SV位点，位于AhCKX6 基因的 3′ – UTR 区域。该基因编码细胞分裂素氧化酶 / 脱氢酶（CKX），参与细胞分裂调控。研究发现在大籽粒种质的AhCKX6基因3′-UTR区存在两段特异性插入，而在所有的61份野生种均缺失该插入，基于此，研究提出3′-UTR区的插入通过以下途径调控种子发育：降低AhCKX6基因表达水平，减少细胞分裂素降解，促进其积累，增强早期细胞分裂活性，最终导致种子体积增大（图5）。

图5 CKX6基因结构变异调控种子发育的分子机制

作为影响谷物产量的关键农艺性状，种子大小的遗传调控机制备受关注。研究鉴定出73个与种子大小显著相关的SVs。其中AhARF2-2基因的外显子SV与种子长度和百粒重显著相关。在超大籽粒品种ZP06中，AhARF2-2基因在第12外显子存在275 bp缺失和7 bp插入，导致AUX/IAA结构域丢失，功能改变。基于此，研究团队提出了AhARF2-2调控花生籽粒大小的分子模型：AhARF2-2通过C端AUX/IAA域与AhIAA13相互作用，生长素信号触发AhARF2-2释放并招募TPL抑制AhGRF5表达，进而影响种子大小。然而，在大籽粒品种中，AhARF2-2无法正常与AhIAA13和TPL相互作用，导致对AhGRF5的抑制减弱，从而促进种子膨大（图6）。

图6 AhARF2-2负调控种子大小

总 结

本研究通过整合8个高质量基因组及269份不同种子大小的花生种质重测序数据，成功构建了全面的花生泛基因组，全面解析了花生基因组变异，为花生种子大小和重量等关键农艺性状的遗传机制研究提供了重要资源，为分子育种提供了新靶点。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41588-025-02170-w

2025年4月24日，中国农业科学院茶叶研究所李兆群团队在Pest Management Science期刊上在线发表题为“Chromosome-level genome assembly of Dendrothrips minowai and genomic analysis highlights distinct adaptations to high polyphenols in tea plants”的研究论文。该研究组装了茶棍蓟马染色体水平基因组，并分析揭示了其对茶树高多酚环境的独特适应性分子机制。希望组为本研究提供了测序组装分析等服务。

研究背景

蓟马是危害蔬菜、水果和茶叶等园艺作物的重要害虫，对相关产业构成重大挑战。其体型微小且隐蔽性强，难以在种群暴发前进行早期监测。快速的繁殖周期、高繁殖力及强抗药性进一步增加了防控难度。因此，深入了解蓟马的生物学、生态学、进化、竞争及宿主植物适应性，对制定有效管理策略至关重要。

结果与分析

蓟马是危害蔬菜、水果和茶叶等园艺作物的重要害虫，对相关产业构成重大挑战。其体型微小且隐蔽性强，难以在种群暴发前进行早期监测。快速的繁殖周期、高繁殖力及强抗药性进一步增加了防控难度。因此，深入了解蓟马的生物学、生态学、进化、竞争及宿主植物适应性，对制定有效管理策略至关重要。

图1 茶棍蓟马基因组的特征

02 茶棍蓟马基因家族的进化分析

系统发育分析表明，蓟马在进化树上分为两支，其中7种蓟马聚为一支且亲缘关系较近。茶棍蓟马的分化时间（约1.032亿年前）早于其他已报道的蓟马物种。在茶棍蓟马基因组中，12个基因家族呈现扩张，172个基因家族呈现收缩（图2）。功能富集分析显示，扩张基因家族主要参与代谢过程、氧化还原酶活性和外源物生物降解与代谢等通路。

图2 茶棍蓟马与其他11种昆虫的进化和系统发育关系分析

03 茶棍蓟马的化学感应与解毒基因家族

图3 茶棍蓟马中化学感应和解毒相关基因系统发育树分析

综上所述，该研究通过对蓟马科寡食性茶棍蓟马（D. minowai）基因组进行测序、组装和注释，为解析其生物学特性与行为奠定了重要基础。比较基因组分析显示，茶棍蓟马在解毒代谢相关基因上存在全基因组范围的扩张，这为其适应茶树寄主提供了分子基础。从害虫防控角度来看，该基因组资源将显著促进基因编辑研究，为开发新型靶向杀虫剂及种群精准防控技术提供关键支撑。

文章链接：https://doi.org/10.1002/ps.8781

当读到“产生一条多肽链或功能RNA所需的全部核苷酸序列”的科学定义时，多数人都会露出一头雾水的表情。但当听到“生命之书、生命的密码、生命的钥匙、遗传的蓝图”的比拟时，大家都会下意识报出：这是DNA！

对于生命而言，DNA的重要性不言而喻。它既支撑生命的构造和性能，也储存着个体生长、孕育、凋亡“从生到死”的全部相关信息。正因如此，着眼于健康与疾病的谜题，人类不仅需要翻开、阅读这本生命之书，也亟需“读完”它——

北京时间2024年12月6日凌晨，《科学》（Science）杂志在线发表了西湖大学生命科学学院、西湖实验室俞晓春团队最新成果“完整的端粒到端粒小鼠参考基因组序列（The complete telomere-to-telomere sequence of a mouse genome）”，报道了该团队在解析小鼠参考基因组方面取得的重要突破。这意味着人类历史上第一次看清小鼠基因组DNA全貌。

论文截图

原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8191

现在，请用上一些想象力，一起走入基因组DNA的殿堂，造访大自然塑造的“生命密码”。

想象你的面前出现了一座汗牛充栋的图书馆，这是隶属于某个人类同胞的一个细胞核。你步入其中，看到了几十排标注着“染色体”的书架。你随机选了一个架子，抽出了几本书，发现书的封面上都写着“DNA”。接着，你翻到其中一本的目录页，上面指示了“本书共含有X个基因”。你随意浏览了不同基因的章节，意识到这些篇章仅由四个字母构成——A、T、C、G——这些叫作“碱基”的字母不断变换顺序、排列组合，最终写完了全书……

很好，现在你已经了解了基因组DNA的基本面貌。

正如开头所述，如果我们想获得一个生命体的所有遗传信息，就需要知晓全部基因组DNA的情况，这意味着要阅读完所有染色体“书架”上的DNA之书，知道这些书的每一个字母，即A/T/C/G是如何排列的。关注生物体所有DNA（即整个基因组）的科学，就是基因组学。迄今，基因组学领域的一个重要研究目标，正是获得完整的、精确的基因组序列，这对于我们理解基因组的结构和功能至关重要。

事实上，读取这些碱基字母排序的过程，正是“大名鼎鼎”的基因组DNA测序。

1977年，弗雷德里克·桑格发明了第一代测序技术，特点是只能测试一个基因的某个部分，最多一个基因。本世纪初，第二代测序技术问世，它克服了前一代的缺点，一次能读取成千上万的短DNA片段，因此也被称作高通量测序技术；但它依然存在症结：能读取的DNA片段过短，通常在100-300个碱基对（bp）之间。2010年左右，第三代测序技术诞生，实现了对每一条DNA分子的单独测序；换句话说，现在我们能够读取较长的DNA片段了，可以达到10-50千碱基对（kb，1kb=1000bp）甚至更长。

由于人类基因组包含大约30亿个碱基对，能够读取更长片段的第三代基因测序技术的出现，为科学家破解完整的人类基因图谱的进程按下加速键。2022年3月31日，《科学》发表文章报道了名为“端粒到端粒联盟”的国际科学团队，完成了第一个完整的、无间隙的人类基因组序列，填补了2003年“人类基因组计划”遗留下的8%尚未读取的基因区域。

在大洋彼岸的中国浙江杭州的西湖大学，俞晓春实验室当时的博后、现在的助理研究员李麒麟及时关注到了这条新闻。这令这个团队感到无比振奋，因为他们日常“打交道”的小鼠身上，正存在相似的瓶颈。目前小鼠的基因“档案”中，最完整的是参考基因组GRCm39，同样也存在约7～8%未被解析的区域。

西湖大学生命科学学院科研副院长、西湖实验室科研副主任俞晓春教授长期致力于DNA损伤修复机制和癌症发生发展的研究；简单来说，就是DNA受损引发的癌症的诊断、检测与治疗。而小鼠，是生命科学研究中最常见的实验动物和模式生物，这是因为许多生物实验不宜在人体内进行，因此，小鼠的基因组DNA信息直接关系到人类健康的探索。也正因如此，人类对小鼠基因组DNA的认知与这个团队的研究密切相关。

既然人类的“基因拼图”已完成，想必小鼠的“拼图”也胜利在望了？令他们没想到的是，这一等就是一年。

亲自做基因测序，对俞晓春实验室来说，实属一个“无心插柳柳成荫”的课题：直到2023年4月，他们都在等待两家资金雄厚、早已对外宣布下场的美国与英国科研机构做完并发布小鼠的完整基因组DNA图谱。

为什么他们如此关心小鼠这尚缺的7%-8%序列？这是因为，这些未知的基因组DNA里或许隐藏着一些至今无法解释的遗传性疾病的谜底。

这些“空白”尤其存在于异染色质和核糖体DNA（rDNA）区域。这些区域富含重复的基因序列，即一些反复出现的，看似近乎一模一样、但实则有细微区别的片段——你可以想象为许多块极其相似的拼图。二代基因测序技术仅能测出其中的一段（且由二代技术完成的小鼠基因组图谱中还有错误），对完整的排序序列“束手无策”；而三代技术可以“完全看清”。

时至2023年的春天，迟迟不见欧美的实验室发布“大新闻”，这个实验室最终决定自己动手拼完这幅小鼠基因组“拼图”。“（全球）剩下的人一直在等，但我们不想等了。”俞晓春回忆说。

这个诞生于意外的课题，研究过程相当顺利，历时一年就完成了。

简单来讲，俞晓春团队综合了众多三代基因测序技术，让它们互相补足，开发了一把能够充分挖掘小鼠基因的“金铲子”。他们以最常用的小鼠C57BL/6的单倍体胚胎干细胞（mhaESC）为样本，进行了基因测序和组装，获得了长度为2.77 Gbp（表示十亿个碱基对）的完整的高质量小鼠参考基因组序列，其中包含215.23 Mbp（表示一百万个碱基对）先前未被鉴定的序列，填补了约7.7%的基因组空白。

mhaESC基因组与先前参考基因组的共线性比对结果

如果你对他们基因组DNA “拼图”的步骤感兴趣，这个流程大致是这样的：第一步，测序技术把所有拼图（即片段）上的图案（即碱基对）读完；接着，计算机对这些信息进行数据处理；最后，复杂算法会完成“拼装”（即基因组组装），形成完整的全貌。这个过程涉及到了PacBio HiFi、Oxford Nanopore超长、Illumina短读长、Hi-C和BioNano光学图谱等多项基因测序技术。

那么，这些研究人员具体取得了哪些关于小鼠基因的新发现呢？

首先，发现了新的蛋白质编码基因。顾名思义，这些基因的作用是编码对应的蛋白质。与先前的参考基因组版本相比，本研究额外注释了639个蛋白质编码基因，其中先前未被发现的全新的蛋白质编码基因有140个（这是因为639个基因中部分为已知基因的“重复”拷贝）。这些新的蛋白质编码基因可能参与多种生物学过程，为未来的研究提供了新的方向。

第二，较精确地“看清”核糖体DNA的基因序列。核糖体是细胞内的“蛋白质工厂”，负责合成蛋白质。核糖体DNA是细胞中的一种特殊DNA，它专门负责编码核糖体的RNA（rRNA）——一种核糖体的重要组成部分，帮助核糖体合成蛋白。用简洁的比拟来说，核糖体DNA给出了细胞内rRNA的“蓝图”。这个发现为进一步解析核糖体潜在的蛋白质翻译功能的差异性提供参考。

第三，解析了着丝粒区域的基因序列详情。着丝粒是染色体上的一个特殊区域，帮助染色体在细胞分裂时，将遗传物质平均分配到两个新的细胞中。本研究的结果显示，小鼠各染色体之间的着丝粒长度具有明显差异，且序列内部富含转座元件和片段重复（SD），同时还有散在的基因分布，表明该区域可能会进行活跃的转录和转座事件，驱动着丝粒区域进行适应性改变等行为。对着丝粒区域的解析，有助于理解因着丝粒功能缺陷导致的染色体重排、非整倍性等相关疾病的发病机制。

让我们总结一下。从科学意义上来说，俞晓春实验室的这项研究，通过综合“长读长”第三代测序技术成功完成了小鼠基因组的端粒到端粒组装，填补了现有参考基因组中的空白区域，揭示了新的基因和结构变异，“拼完”了小鼠基因组图谱的“拼图”。这些发现不仅提高了对小鼠基因组结构和功能的理解，也为基因组学研究提供了重要的技术参考和数据资源。

在这项研究中，两位一作作者，分别发挥了科研所长，刘俊丽助理研究员负责湿实验及论文图片，李麒麟助理研究员负责干实验及文稿；通讯作者俞晓春教授负责“掌舵”课题的大方向以及论文的完善。

“你们在研究过程中遇到最大的难点是什么？”这个问题竟然有朝一日成为了实验室“答不上来”的问题。正如前文所言，这个课题进展势如破竹，投稿过程也十分顺利。

但要在科研的疆域取得成果，并非一日之功。这项研究的顺利开展，既得益于俞晓春自在美国密歇根大学医学院内科系成为独立PI后，对染色体近20年的研究积累；同时，也与两位一作作者历经过的、作为一名科研工作者的磨炼与自我调整息息相关。

刘俊丽，是西湖实验室第一批“开拓学者”之一，曾在科研的路途上迷茫过、也曾经历过gap的时光，但她最终选择加入俞晓春实验室，尽管那意味着要完全改变研究方向，需要从“0”开始。如今，她分享说：“做科研，任何一个方向都有研究意义。我觉得实验取得的任何结果都能带给我快乐，这是为什么我要坚持做科研的原因。”

如果说这个课题有一个发起人，那非李麒麟莫属：他是俞晓春团队第一个注意到人类基因组序列完成的人。出于对遗传学和基因组学的兴趣，他从大学本科直至在美国做博后阶段都专注于生物信息学。李麒麟说：“但我发现做纯数据并不能对实际情况有很好的了解，所以最后我选择了俞老师的实验室，这里有湿实验的实时结果给出反馈，这样我再去做数据分析，研究能更好地开展。”

当然，俞晓春实验室剑指的始终并不是小鼠基因组真容本身，而是希望利用这把“基因组之铲”探索遗传性癌症、发育性疾病未解的致病机理。“支线”的故事已完成，接下来，让我们一起静待这个实验室的“主线”诞生更多助力人类攻克顽疾的成果。

西湖实验室助理研究员刘俊丽博士和李麒麟博士为本文的共同第一作者，西湖大学生命科学学院科研副院长、西湖实验室科研副主任俞晓春教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江省“尖兵”&“领雁”项目、杭州市领军型创新创业团队、西湖教育基金会和西湖实验室提供的经费支持，同时感谢西湖大学生物医学实验技术中心、实验动物中心及高性能计算中心等平台的支持。

在绚丽多彩的自然界中，有一些极端生物进化出了适应极端环境的能力，水熊虫便是其中的代表【1】。水熊虫，是缓步动物的俗称，为微小的无脊椎动物，大部分体长不超过1毫米，通体透明，有4对短而粗的足，末端有爪子、吸盘或脚趾。水熊虫分布于世界各地，亦可在真空中生存【2】。它们栖息于淡水沉渣、潮湿土壤以及苔藓植物的水膜中，少数种类生活在海水的潮间带。目前已报道的水熊虫近1500余种，它们可耐受超强辐射、高温、高压、低温、干燥等多种极端环境【3】，这些耐受特性具有很高的科学研究价值和生物医学应用价值。研究其极端环境耐受机制有助于深入理解生物体在极端环境中存活的适应性进化机制，拓展我们对生命本质和极限的认识。理解这些生物的内在保护机制对于发展基于仿生策略的极端环境防护靶点与干预措施至关重要，也是人类拓展自身生存空间必须回答的重要生物医学问题。

在诸多极端环境因素中，空间辐射损伤是制约人类深空探测和长期在轨驻留的关键医学问题之一，同时多种涉核作业环境均受到超强辐射的严重威胁。现有辐射防护策略对超强辐射缺乏有效防护，亟需在概念创新、理论提升和防护技术革新等方面做出颠覆性突破。水熊虫辐射耐受剂量是人类辐射致死剂量的上千倍【4】，是极好的辐射耐受研究对象，被科学界视为超强辐射机制研究新的突破口。但目前国际上对水熊虫辐射耐受机制的认识很不清楚。

2024年10月25日，军事科学院军事医学研究院张令强团队和杨冬团队，联合陕西学前师范学院王立志等国内相关研究团队在Science发表题为“Multi-omics landscape and molecular basis of radiation tolerance in a tardigrade”的研究论文，报道了一种高生属新种——河南高生熊虫，并建立了其实验室培养体系，绘制了高质量基因组图谱，在国际上首次整合转录组、蛋白质组响应超强辐射的动态变化及分子进化和功能特征分析，揭示了河南高生熊虫耐受超强辐射的三类机制，并分别对代表性关键分子进行了深入的功能和机制研究。希望组为本研究提供了ONT、Hi-C测序和组装注释分析服务内容。

2018年，该研究团队从河南省伏牛山采集水熊虫样品，随后率先在国内建立了水熊虫实验室培养体系，实现了规模化培养，后经形态学和分子水平鉴定，确定所培养水熊虫是一种新的高生属水熊虫物种，命名为河南高生熊虫（Hypsibius henanensis）；研究团队对河南高生熊虫在多种极端环境（如超强辐射、低湿等）下的耐受特性进行了表征，发现其可耐受高达5000 Gy 的γ射线辐射（人的辐射致死剂量约为5 Gy）；随后该团队产出了国际上第一套有完善注释的染色体水平高质量水熊虫基因组图谱，通过利用ONT长读长和Hi-C数据，组装生成了高质量基因组，基因组大小为112.6Mb。进一步将这些组装的contigs成功锚定到六条假染色体上，同时结合核型分析证实了河南高生熊虫种具有6条染色体（2n=12）。进一步对该基因组进行注释分析，鉴定了14,701个蛋白质编码基因，这些基因均匀地分布在染色体上。为探索河南高生熊虫超强辐射耐受机制，他们利用200 Gy和2000 Gy的¹²C⁶⁺重离子照射水熊虫并进行转录组和蛋白质组检测，分析得到2801个差异基因；进一步结合分子进化和功能特征分析，将河南高生熊虫的辐射耐受机制归为三大类：一是从细菌、真菌、植物中通过水平基因转移（HTG）到水熊虫中的外来基因，赋予其特殊的抗逆能力，本研究共鉴定到75个高可信的HTG基因，其中13个在辐照后发生显著上调；二是水熊虫基因组中约30%的基因是缓步动物特异的，缓步动物特异蛋白倾向于高度无序，通过相分离参与DNA损伤修复等过程；三是与其它门类共有的古老蛋白（如线粒体呼吸链组装蛋白）在水熊虫中具有特殊的辐照响应模式。

在第一类机制中，该研究团队发现了一种DOPA（多巴）双加氧酶基因DODA1，它是细菌向缓步动物水平基因转移的产物。DODA1在2000 Gy辐照条件下发生17.3倍的表达水平上调，DODA1可催化合成甜菜色素（一种此前被认为存在于植物、少数真菌和细菌中的色素【5】），甜菜色素具有很强的抗氧化活性，因此能够减轻辐射产生的大量ROS对细胞的损伤，从而赋予水熊虫辐射抗性。在第二类机制中发现缓步动物特异的辐射诱导的无序蛋白TRID1依赖其Prion-like 结构域介导液-液相分离，从而促进DNA损伤修复。在第三类机制中发现了线粒体呼吸链复合物组装蛋白BCS1基因在包括河南高生熊虫在内的多种水熊虫基因组中发生了普遍扩张，并且线粒体呼吸链复合物组装蛋白BCS1和NDUFB8在辐照后表达明显上调，从而促进线粒体NAD+再生，进而加快NAD+依赖的损伤修复蛋白PARP1介导的DNA损伤修复。令人兴奋的是，上述在水熊虫中发挥抗辐射作用的分子，转入人源细胞中后，可以显著提升人源细胞的抗辐射能力，这提示它们具有重要潜在应用前景。

河南高生熊虫超强辐射耐受机制的多组学研究思路及核心结论示意图

今天，人类仍然面临着超强辐射的严重威胁。目前的辐射防护药物仅可对低剂量辐射有一定效果。因此，如何另辟蹊径来研发新的辐射防护策略，是摆在科研人员面前的一项重要而艰巨的任务。该研究工作基于对水熊虫的抗辐射机制解析，发现了几类代谢途径的‘协同动员机制’，这为人类辐射防护的研究提供了重要理论依据和候选分子。

本论文由军事科学院军事医学研究院张令强研究员、杨冬副研究员，陕西学前师范学院王立志教授等所率团队联合完成；第一作者为军事医学研究院李磊和付业胜博士，研究生葛正平、刘世豪、郑坤、李亚琪及北京大学陈恺骐博士。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0799