北京大学何航研究员、隆平高科杨远柱研究员与广东省农业科学院水稻研究所周德贵副研究员为论文共同通讯作者，北京大学博士生张宜林、隆平高科傅军、王凯博士、北京大学博士后韩雪为论文共同第一作者。北京大学现代农业研究院邓兴旺教授等对本研究提供了支持。本研究得到国家重点研发计划项目、湖南省科技创新计划等重大项目的支持。希望组提供Nextdenovo组装软件支持。

2022年6月24日，北京大学现代农学院邓兴旺实验室何航团队、隆平高科杨远柱团队与广东省农业科学院水稻研究所周德贵副研究员在Plant Biotechnology Journal期刊在线发表了研究论文“The telomere-to-telomere gap-free genome of four rice parents reveals SV and PAV patterns in hybrid rice breeding”，该研究利用HiFi和Ultra-long测序结合的组装策略，完成了湘陵628S、晶4155S、隆科638S与华占4个杂交水稻骨干亲本无缺口参考基因组组装，结合其余六个已发表的杂交水稻亲本基因组，系统分析了结构变异在杂交育种过程中的分布和影响，发现结构变异在F1功能基因及转录杂种优势起着重要作用。该研究展示杂种优势和杂交育种研究已进入无缺口参考基因组水平。

1. 四个两系杂交水稻骨干亲本无缺口参考基因组构建

湘陵628S（XL628S）、隆科638S（LK638S）、晶4155S（J4155S）是隆平高科自主培育的骨干两系不育系，华占（HZ）是中国水稻所与广东省农业科学院水稻研究所共同培育的优秀的两系和三系骨干恢复系，与另一个广泛推广的恢复系五山丝苗(WSSM，R534)属于同一家系（图1A），隆平高科利用隆科638S、晶4155S和华占选配的超级稻品种隆两优华占和晶两优华占连续三年蝉联我国杂交水稻品种推广面积前三位，选配的隆两优534、晶两优534连续多年列我国杂交水稻品种推广面积前十位。利用PacBio(HiFi)和Nanopore(Ultra-long)平台进行三代测序后构建基因组，并通过新的组装方法获得无缺口基因组（图1B）。通过对基因组进行准确性、完整性、连续性的评估，二代测序比对率为98.83%~99.66%，覆盖度大于99.97%。BUSCO值为98.7%~98.9%，LAI值为24.02~24.89。每个基因组上都有着丝粒区和20到22个端粒，证明了基因组组装的高质量（图1C）。湘陵628S、隆科638S、晶4155S和华占无缺口参考基因组的构建，为其功能基因组研究和下一步分子设计育种研究奠定了基础。

2.籼稻基因组结构变异在杂交水稻培育中的应用

基于对以上四个杂交水稻骨干亲本以及已发表的珍汕97(ZS97)、明恢63(MH63)、蜀恢498(R498)、五山丝苗(WSSM)、Y58S、9311的基因组，与日本晴(MSU)进行基因组比对，鉴定出不同水稻亲本之间的结构变异。在日本晴和10个籼稻基因组之间鉴定出422,858-526,481个INDEL和56,817个非冗余的SV，包括52,943个PAV（图1D）。在10个籼稻基因组中，共有2182个功能基因受到PAV的影响，其中565个为籼粳稻之间PAV，包括OsLBD37,SaM,OsMFT1,OsF3H，其余为籼稻内部PAV基因，而其中70个为某一籼稻基因组特有PAV基因，这部分基因可能是该杂交组合表现优异的重要原因。

本研究收集的10个籼稻骨干亲本具有典型的代表性，包括2010年前栽培面积最大的著名杂交稻组合SY63(ZS97A/MH63)；2012-2016年推广面积最大的超级杂交稻品种Y两优1号（Y58S/93-11）；2018-2020年中国推广面积前三位的绿色超级杂交稻组合晶两优华占（J4155S/HZ），隆两优华占（LK638S/HZ）和晶两优534（J4155S/WSSM），以及推广面积前十位的隆两优534（LK638S/WSSM）。分别有593-738个双亲互补PAV基因发生在6个组合中，其中只有46个基因被所有组合共同利用，三个时期的杂交组合中利用的互补基因存在显著差异（图1E）。转录水平杂种优势基因也在互补基因中显著富集（图1F,G）。本研究原始数据与基因组及变异相关数据均在国家基因组科学数据中心PRJCA008812 (BioProject)和Github (https://github.com/yilinZhang-bio/Four-rice-gap-free-genome) 公布。

图1四个杂交水稻亲本无缺口基因组及杂交育种中的PAVs

近日以Genes and evolutionary fates of the amanitin biosynthesis pathway in poisonous mushrooms为题在国际著名期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）的遗传学板块全文发表。中国科学院昆明植物研究所罗宏副研究员为该论文的第一作者和共同通讯作者，吕李云娇博士研究生为共同第二作者，法国农业科学院Francis M. Martin院士为论文的共同通讯作者。该研究得到中国科学院B类先导专项（XDB31000000）和国家自然科学基金面上项目（31972477、31772377）的经费支持。希望组提供真菌测序服务。

有毒蘑菇对人类健康常常造成威胁，但同时也是重要药物和功能分子的来源。危害最大的有毒蘑菇当属鹅膏属的某些真菌，绝大部分的致死中毒案例由这一类蘑菇所致。剧毒鹅膏中的毒素为鹅膏环肽，但鹅膏环肽并非仅鹅膏属真菌独有，在亲缘关系很远的环柄菇属和盔孢伞属中，也有能产生这类毒素的真菌。

中国科学院昆明植物研究所的科研人员在研究中发现了两个鹅膏环肽合成新的关键基因（P450-29和FMO1），二者为不同的加氧酶，负责在鹅膏环肽毒素的关键位点（异亮氨酸C-5和脯氨酸C-4等）引入氧原子。若缺少这些氧原子，将导致毒素的活性下降1000倍以上。该结果将已知毒素合成基因从原来的2个增加到了4个，对鹅膏环肽生源合成途径有了更为深入的认识。通过建立目前全球唯一的剧毒鹅膏基因组平台，构建了鹅膏属、盔孢伞属和环柄菇属中13个剧毒物种的基因组数据库，完整解析了鹅膏环肽生源合成途径在蘑菇目中的整体架构，发现在蘑菇目三个不同属中，鹅膏环肽的主要合成基因是相同或相似的，因此鹅膏环肽生源合成途径是同宗同源的。系统发育和遗传学研究证据表明鹅膏、盔孢伞、环柄菇之所以都能产生鹅膏环肽毒素，其根源是基因水平转移。更深入的进化分析表明，基因水平转移发生的年代久远且并非直接发生在这几类蘑菇之间，而是由未知古老真菌物种作为供体分别传递给了这些蘑菇（图）。

研究首次证实，在蘑菇目中，虽然鹅膏、盔孢伞、环柄菇间的亲缘关系较远，但其产生鹅膏环肽毒素的遗传学基础是一致的，均由相似的基因控制。但令人吃惊的是，在进化长河中，上述三大类蘑菇中的毒素合成能力却发生了翻天覆地的变化。在木腐生的盔孢伞属真菌中，仅有1个毒素前体基因且该基因编码α-鹅膏毒肽；在土壤腐生的环柄菇属真菌中，存在MSDIN前体基因家族的轻微扩张，有约10种毒素前体基因；在菌根共生的鹅膏属真菌中，MSDIN前体基因家族存在显著扩张，甚至还产生了新的毒素修饰基因，可将环肽数目再扩大数十倍，因此鹅膏的实际产毒能力是盔孢伞和环柄菇的成千上万倍！

简而言之，虽然鹅膏、盔孢伞、环柄菇都继承了由供体转移来的毒素基因，但可能受到不同生理和生态压力的影响，分道扬镳，各自朝不同的方向进化，最终形成了三种迥异的命运（图）。鹅膏是其中的佼佼者，其鹅膏环肽生源合成途径产生了众多创新，产毒能力提升了千倍万倍，炼成了当之无愧的蘑菇毒王！

鹅膏、盔孢伞、环柄菇中环肽毒素合成基因分布及代谢途径进化示意图

文章链接：http://www.kib.cas.cn/xwzx/ttxw/202205/t20220510_6445695.html

象草超“能”，原因几何？

%、13%的木素，是生产高生物量、多种素素、草料和多种植物的重要植物。的炭原料，约45吨/公顷。理想下可收获3-4次。拥有如此巨大的量，但其本身却是天然生物基因的四倍体基因。的不同来源，却是四体基因。基因组组合，而不同的不同源头四种资源实现也分配。

近期，齐鲁源、齐鲁涛生物大学（山东省鲁涛生物大学）志课题组以及夏大学热带科学决策学院发表海南课题组于分子生态资源杂志上题为“染色体组长组合提供了不同的对科学院课题组”四倍体上确定了草草基础的鉴定和大象草的生物质（生物质积分）。研究和进化、基因家族分析、在项目中提供了新的视觉检测技术组合图谱、ONT超象草技术、ONT超象素基因组图技术、PacBio纳米技术、PacBio全长药物组合技术、Hi-D C技术以及下一个诺组件服务。

01 研究思路

02 研究结果

1. 源四倍体象草基因组的从头组件及注释

通过K-mer分析和流式细胞仪，象草的基因组排列预测为2.0 Gb和2.13 Gb。另外，通过K-mer分析的综合比例为1.3％。最终为2.22 Gb的组成序列当中，N50组合为 25 Mb8con。4N5M 组合 25 Mb。去 Gbtig 获得 N.46 组合后，con2.2.4 组合 N587 组合谱。90 Mb。10 倍的 Bioscaffold 以及 2.0.0 辅助的组合组合，通过了 N50 的基因组列表。 。 加载系数为 6.88% 的 N50146.844，BUSCO 97.8% M-9% 的评估为 C 77,19 帮助预测的一个。

图1 异源象草基因组圈图

2.异源四倍体象草的进化分析

禾本科植物和树种基因有不同的来源和类似的基因系统（图2）。三。禾本科植物的组合中线发生融合22马，植物形成组中线（图2b）。 2的编码基因’B亚的重建和染色体家族的后裔，1条染色体家族的共同支持，母体之间有2个基因组之间的关系。一个“基因组基因组整合”的源体组合（图2c和）似乎出现了3次多倍组化事件。中，一个亚组11492显着发现，1719个组，而象草B亚0031这些基因家族有2个发现有1个下来）。在进化过程中保留家族链（图）基因家族的家族基因组丰富的或能力亚基具有重要的分析能力。以及过氧化物的家族基因。

图2 狼蛛相关的尾草进化属中象草

3. 象草的生物量特性相关分析

在A’和B亚组中（图3b）的两个结果中，组和B亚组中的两个和三个重复分别出现的结果，A’B亚组的基因组序列相同。积分。

图3 象草的合成基因表达和速热图

136个基因的基因发现的木质素合成相关，个数源可能是由于对四象体形成了5亚种的加成。（图4b，通过WGCNA分析）鉴定了664个木质素合成的有加。

图4 象草和木素热合成的基因表达图

03 小结

本文利用三代长基因组基因技术以及辅助组件技术，象草生物量巨大的潜在成分组，为研究象草组的提供了组合、组合、组合、组合、多种组合化的重要和进化也为等方面提供了基础，其他开发利用的资源。

种子植物包括裸子植物（gymnosperms）和被子植物（angiosperms），裸子植物分为四大类，即苏铁类（cycads）、银杏类（Ginkgo）、松柏类（conifers）和买麻藤类（gnetophytes）。裸子植物基因组较大，重复序列含量高，结构复杂，迄今为止，现存最原始种子植物苏铁分支尚缺少完整的基因组图谱。

2022年4月18日，由22个机构65位科学家联合在Nature Plants发表了题为“The Cycas genome and the early evolution of seed plants”的封面文章，报道了现存最原始种子植物苏铁参考基因组，填补了种子植物基因组研究的空白。苏铁基因组的发布，代表着种子植物基因组演化研究中的最后一块拼图完成，为后续比较基因组学的开展奠定了基础。希望组参与了本研究项目中攀枝花苏铁的测序、组装及初步注释服务。

苏铁基因组测序材料选取苏铁类的基部类群、也是整个苏铁类分布纬度最北的种类攀枝花苏铁（Cycas panzhihuaensis）。基于长片段测序与MGI-SEQ测序，苏铁基因组组装大小为10.5 Gb，contig N50为12Mb，结合Hi-C数据，挂载为11条染色体。其中共注释32,353个蛋白编码基因，BUSCO评估完整度为91.6%，是目前裸子植物中最高质量的大基因组图谱。

裸子植物具有4大分支，1118种，关于裸子植物内部大分支之间的系统演化关系一直有不同的学术观点。基于15个维管植物基因组3282个直系同源低拷贝核基因、90个种子植物转录组1569个直系同源基因、72种维管植物叶绿体和线粒体基因组数据的系统分析结果表明，苏铁单独（线粒体数据）、或和银杏一起（核基因、叶绿体数据）构成其它所有裸子植物的姐妹群。

基因组加倍是植物演化适应的重要驱动力，关于裸子植物共同祖先是否经历了全基因组加倍事件一直存在争议。研究者采用对重复基因同义替代分析和系统发育基因组学方法，并使用基因组内共线性区域进行比较验证，发现现存裸子植物的最近共同祖先可能经历了一次古老的全基因组复制事件（命名为ω，图一a）。伴随着种子植物起源，许多关键创新性状如种子发育、花粉、次生生长相关的基因家族均发生了创新或扩张。在种子植物的祖先节点共发现663个新获得的基因家族和368个扩张的基因家族。其中，106个新获得和55个显著扩张的基因家族与种子生理发育有关，包括调控胚胎早期发育、种子休眠和萌发、种子能量和营养代谢，种皮形成以及种子的免疫和应激反应等（图一b）。

图一、a) 基于系统发育关系推断种子植物的全基因组加倍事件；b) 种子植物的基因家族创新和扩张。

最显著扩张的种子生理相关家族是cupin蛋白家族。攀枝花苏铁编码一类新的vicilin-like贮藏蛋白 vicilin-like antimicrobial peptides（v-AMP），在基因组中呈串联基因阵列分布，多在授粉胚珠后期和受精胚珠时期表达，而后逐渐降低，暗示v-AMP基因在种子发育过程特定时期发挥重要作用。LAFL家族（LEC1、ABI3、LEC2和FUS3）是种子发育核心调控基因，苏铁等裸子植物的FUS3和LEC2基因可构成一个新的进化枝，定义为FUS3 / LEC2-like类型，与被子植物的FUS3和LEC2形成姐妹分支关系。FUS3 / LEC2-like类别是裸子植物特有的。在攀枝花苏铁授粉后，其会表现出明显的表达，表明可能在裸子植物胚胎发生早期发挥特定作用 。

苏铁类起源于古生代二叠纪早期，距今已有至少2亿7千万年历史。在经历大量灭绝以后，现代苏铁多是近期几次辐射演化的后代。如今苏铁具有2科10属。研究者基于现存苏铁目339种植物的转录组数据，重建了苏铁类自身的系统发育关系。分子钟分析表明，现存苏铁的多样化同步发生于距今1100至2000万年之间，是中新世以来气候剧烈变化的结果（图二）。

图二、苏铁目系统发育树支持现存苏铁是辐射演化的结果

雌雄性别分化是一种进化性状。裸子植物已报道的1118个物种中，65%的种类都是雌雄异株， 而在被子植物中雌雄异株只占到6%。苏铁类植物均为雌雄异株（图三），由于其生长缓慢，以往只能在开花时才能判断性别，而成株树龄多在十年以上以及在适宜的环境才会开花。研究苏铁性别决定的分子机制，可以在植株进入花期前就确定性别，对于苏铁类植物的就地和迁地保护和园林培育具有重要意义。苏铁的性别控制基因一直困扰科学界。研究者通过对源于四川攀枝花苏铁国家级保护区62株雌雄苏铁群体测序，表达差异分析，和雄性Y染色体的组装，找到雌雄表达差异最大的一个基因来自雄株的Y染色体，该基因编码一个MADS-box转录因子，推测其调控雌雄苏铁的性器官发育，揭示了苏铁性别决定的遗传机制。该转录因子的同源基因也仅能在雄株基因组中检测到，说明了该性别决定机制在苏铁类植物中的保守性。

图三、a) 攀枝花苏铁；b) 攀枝花苏铁雄株和雌株的孢子体。

 图四、a)苏铁水平转移毒蛋白基因的演化历史。b-f) 苏铁毒蛋白基因表达，及对昆虫毒性实验。

该研究由深圳华大生命科学研究院、深圳市仙湖植物园、中国科学院昆明植物研究所、兰州大学、中国环境科学研究院、河南大学和南京林业大学等22个机构65位科学家联合完成。该论文第一作者为深圳华大生命科学研究院刘阳、王思博、李林洲、杨婷、魏桐，深圳仙湖植物园董珊珊，兰州大学武生聃等为共同第一作者，分别在基因组不同的领域贡献了自己的专业力量。深圳仙湖植物园张寿洲，深圳华大生命科学研究院刘欢，中科院昆明植物所龚洵，美国佛罗里达大学Douglas E. Soltis，比利时根特大学Yves Van de Peer为文章共同通讯作者。该项目得到深圳市城市管理和执法局科研专项、国家重点研发计划、生态环境部生物多样性调查与评估等基金支持。

自T2T联盟于2021年5月在BioRixv预印版上发表了首个人类基因组完成图及相关文章之后，近日人类泛参考基因组联盟紧跟步伐在BioRixv预印版上发布了题为“Automated assembly of high-quality diploid human reference genomes”的文章。

样本来源

目前常用的人类参考基因组GRCh38，是科研团队花费20多年的努力而完成的高质量的人类基因组。该基因组极大程度上推进了生命科学相关领域的发展。但是它仍然存在着许多gaps（gap数已从原来的150,000个降低至了现今的995个）和错误。因为GRCh38是20位匿名志愿者的混合样本，所以并不代表单个个体的人类基因组。2021年，T2T联盟利用最新的长读长技术与自主研发的生信算法组装出了高质量端粒到端粒的参考基因组CHM13（首个人类基因组完成图）。由于它来源于一个带有重复基因的葡萄胎细胞系，因而几乎是纯合基因组。在组装难度上，纯合基因组比二倍体基因组组装相对较低。为了解决这些原有人类基因组序列的局限性，研究团队成立了人类泛参考基因组联盟（Human Pangenome Reference Consortium，HPRC）。该联盟旨在整合高质量、低成本、二倍体人类基因组，用以构建代表人类遗传多样性的人类泛参考基因组。

人类泛参考基因组联盟使用的是二倍体基因组，组装难度会更高。在样本选择上，选择了广泛使用的HG002的永生化淋巴细胞GM24385，用于ONT测序和Bionano光学图谱测序。二代illumina测序和PB测序数据使用的样本是由大量GM24385细胞而来的NIST标准样本8391 DNA样本。父系样本HG003和母系样本HG004分别来源于公开的GM24149和GM14143细胞系，并通过二代illumina测序对NIST标准样本8392（含HG002、HG003和HG004）的DNA进行测序。

组装策略及结果

本文是以HPRC的名义发表的首篇文章，该文章确定了当前基因组测序和automated组装方法的组合可以在人工干预最少的情况下产生最完整、最准确和最经济的二倍体基因组组装。在组装过程中，团队选择了最优的高精度长读长reads和父母本及子代数据进行单倍体分型组装（trio-based assembles）的方法。第一个高质量二倍体人类参考基因组（XY型），平均每条染色体仅有~4个Gaps（范围在0-12），大多数染色体长度和CHM13相比仅有±1%的差异。将近四分之一的蛋白编码基因在单倍型间存在同义氨基酸变化，而其中着丝粒区域变异的密集度最高。该研究为构建涵盖从单个核苷酸到大型结构重排的所有遗传变异的人类泛参考基因组奠定了基础。

测序及组装方法的测试总结

HPRC Trio pipeline v1.0组装流程图

小结

使用目前已有的方法和技术，研究者们可将二倍体HG002基因组的组装达到整体完整度的98.5%。利用这些方法组装不同的二倍体人类基因组，构建人类泛参考基因组，将会更全面地了解人类遗传多样性，提高精准医疗的准确性，并对生物基因组学有更深入的了解。

美国学者Erich D. Jarvis为论文的第一作者，中南大学王建新团队、中山医眼科肖传乐团队、中国农科院阮珏团队、昆明动物所张国捷团队以及华大基因杨琛涛团队均参与该项项目研究。

希望组一直致力于推动各个物种基因组完成图的组装及应用。近期还为动植物基因组完成组量身定制包含测序及组装在内的全套解决方案，敬请期待！

原文链接：https://doi.org/10.1101/2022.03.06.483034