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

2022年3月20日，中南林业科技大学袁德义/张琳油茶科研创新团队，联合华中农业大学金双侠课题组等单位，在经典的国际植物学TOP期刊The Plant Journal上发表了题为“Chromosome-level genome of Camellia lanceoleosa provides a valuable resource for understanding genome evolution and self-incompatibility”的研究论文。希望组在本文章中提供了基因组测序及Hi-C测序服务！

油茶是我国重要的木本食用油料树种，在推进地方经济绿色增长、维护国家食用油安全和乡村振兴中占有十分重要的地位。茶油中不饱和脂肪酸含量达90%以上，还含有丰富的角鲨烯、维生素E、谷甾醇等物质，具有软化血管、降低血脂和血压的作用，是目前国内外最优质的植物食用油。目前，油茶主栽品种主要为多倍体的普通油茶（Camellia oleifera），由于油茶基因组大且亚基因组间的同源异源构成非常复杂，使得多倍体油茶基因组的解析非常困难，严重阻碍了油茶的分子遗传改良。狭叶油茶（Camellia lanceoleosa）是油茶组唯一的二倍体野生种，和多倍体普通油茶亲缘关系最近，破译狭叶油茶基因组不仅可以深入挖掘油茶资源中的优异性状，而且为油茶重要功能基因挖掘利用奠定了坚实基础，使得油茶育种不再是盲人摸象，从而开启了油茶分子育种育种时代。

研究团队利用三代Nanopore、二代Illumina和HIC技术，获得了狭叶油茶（2n=30）高质量染色体水平基因组。基因组大小约为3.00 Gb，杂合率高达2.2%，91.85%的序列被挂载到15条染色体上，共注释到54,172个基因。狭叶油茶重复序列占基因组的80.63%，其中转座子占比78.53%。深入分析发现，长末端反转录转座子家族长期而缓慢的扩增及在过去2百万年内的爆发式扩张，加之缺少快速有效的DNA删除机制，最终导致狭叶油茶基因组变得庞大。狭叶油茶与茶叶均为山茶科山茶属二倍体植物。比较基因组研究发现，狭叶油茶与茶叶共享最近的一次WGD事件，并在6-7百万年前发生分化，2号和11号染色体在狭叶油茶与茶叶间存在较大的倒位，这可能是油茶和茶叶在基因组结构上的一个重要变异。

图1 狭叶油茶基因组的组装

图2 狭叶油茶转座子的插入与移除

图3 狭叶油茶比较基因组分析

基于狭叶油茶基因组，结合GC_MS以及转录组分析，发现油脂合成的关键基因ACC的扩张及DGAT、GPD、SAD在种子的偏向性表达是狭叶油茶高油脂和高油酸含量的重要原因。儿茶素、茶氨酸、咖啡碱是茶叶品质的重要组成成分，基于UPLC-MS/MS技术的代谢组检测到狭叶油茶叶片也富含儿茶素和茶氨酸，而咖啡碱主要富集在种皮和根中，多组学分析结果表明，SAM-dependent N-methyltransferases与咖啡碱的积累与分布密切相关。细胞学分析显示，狭叶油茶也是后期自交不亲和植物。结合亲和性相关基因的表达、结构特征及染色体定位，解析了狭叶油茶的自交不亲和性特征。狭叶油茶的油脂含量、脂肪酸比例以及次生代谢物分布与含量都与普通油茶类似，以上性状的解析为理解普通油茶油脂合成等重要经济性状的形成与调控提供了重要参考。

图4 狭叶油茶自交不亲和特征解析

中南林业科技大学龚文芳副教授、肖诗鑫讲师及在读硕士生王林凯为论文共同第一作者，中南林业科技大学袁德义教授、张琳教授和华中农业大学金双侠教授为论文共同通讯作者，黄冈师范学院朱华国教授、胡孝明教授及中国农业科学院农业基因组研究所廖振阳博士后也参与了本项研究。本研究得到了国家重点研发计划项目（2018YFD1000603）、湖南省自然科学基金（2020JJ5968）的联合资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/tpj.15739