Oxford Nanopore + Hi-C：高质量墨兰参考基因组（4.25G，杂合度~1.5%，重复序列高达89%）

3月23日上午，在第28届中国（翁源）兰花博览会开幕式上，“墨兰基因组与国兰形态的进化”科研成果向公众隆重发布。中国兰花协会副秘书长张引潮，翁源县县长陈来安，广东省农业科学院环境园艺研究所所长朱根发，深圳市兰科植物保护研究中心主任刘仲健，台湾成功大学蔡文杰博士出席了发布会。

Cymbidium sinense

墨兰（Cymbidium sinense）染色体数目为2N=2X=40，基因组大小为4.25G，杂合度约1.5%，属于高杂合复杂基因组。墨兰基因组重复序列高达89%，使得墨兰比目前所有已测序的兰科植物基因组都大[1]，如此庞大和复杂的基因组，让绘制墨兰基因组图谱困难重重。

2017年1月，广东省农科院环境园艺研究所、深圳市兰科植物保护研究中心、华南师范大学等单位联合组成攻关团队，启动了广东省自然科学基金研究团队项目“墨兰花分化与发育的分子调控机理研究”，开展了“墨兰基因组项目”。终于在2018年初，共同完成墨兰基因组测序项目。武汉未来组凭借自有的Oxford Nanopore技术平台和丰富的三代基因组组装经验，为该项目提供了技术支持，最终组装结果：Oxford Nanopore+Hi-C：Contig N50=200K，Scaffold N50=159M。预测的蛋白编码基因数量29895个。其组装结果明显优于2017年在《Nature》杂志上发表的深圳拟兰基因组（Apostasia shenzhenica，Genome Size=349 Mb，Contig N50=80.1kb，Scaffold N50=3.029M）[2]。

墨兰（Cymbidium sinense）

深圳拟兰(Apostasia shenzhenica)

兰科（Orchidaceae）是植物界种类最丰富的家族之一，约有3万种，占全世界有花植物种类的10％。兰科植物进化程度高，是生物多样性研究和进化研究的理想植物，具有极高的科研、生态、观赏、文化和药用价值。兰科约有700属20000种，多产于全球热带地区和亚热带地区，少数种类也见于温带地区。兰花是中国十大名花之一，中国有171属1247种以及许多亚种、变种和变型。其中，墨兰又称“报岁兰”，是中国兰花中一个较为庞大的家族，是国兰中最具观赏价值的物种，同时也是最具广东特色的花卉种类之一。

本月23日在中国（翁源）兰花博览会上公布了墨兰基因组图谱，通过应用多种技术手段，包括Oxford Nanopore测序技术和染色体构象捕获技术（Hi-C），将基因组组装达到染色体水平。研究还发现，墨兰与所有其它兰花仅共享了一次全基因组复制（WGD）事件，于3600万年前分化而来。墨兰基因组重复序列含量为89%，这正是造成墨兰基因组比目前所有已测序的兰科植物都大的主要原因。

部分兰科植物进化树，Ntaure 2017 [2]

高质量的参考基因组为进一步的深入挖掘提供基础，结合最前沿的RNA测序技术、蛋白组测序技术、miRNA检测以及基因功能验证，蛋白相互作用分析等分子生物学手段，可以找出国兰进化中经历的关键事件，从而解析国兰形态的进化历程，解码国兰形态多变的奥秘。通过对数据分析挖掘，进一步研究植株建成基因（如叶形态相关基因CPC、花形态相关基因MADS-box等），花形态建成相关分子机制、花色调控相关代谢通路等。

科研人员将充分利用广东特色墨兰的资源优势，开展以全基因组测序为基础的兰花重要性状的功能基因研究，开展以FT基因为核心的成花诱导调控和以MADS-box基因为核心的花器官分化与发育分子机制、兰花分子标记辅助育种、分子设计育种、开花调控以及花型发育模型等前瞻性研究，并利用大数据组学分析手段整合生物学功能研究，突破一批关键技术难点，从基因组到形态对墨兰的“国兰艺术”全部要素（含线艺、叶艺、花色、花香、花型等）进行分子解码，建立了墨兰重要性状的分子调控网络模型，揭示了国兰观赏性状的分子调控机制，为国兰的园艺性状改良、分子育种和基因编辑提供切实可行的理论指导。

墨兰基因组的高水平组装得益于多种高效技术手段的结合——Nanopore 长读长测序技术理论上DNA序列有多长就能测多长，在高杂合的含大量重复序列的墨兰基因组组装中发挥极大的作用；同时，染色体构象捕获技术（Hi-C）的加入实现了对墨兰基因组的染色体级别组装。兰花全基因组序列将为兰花遗传工程育种研究提供重要资源和基础，对于促进兰科植物保护、药用资源开发和品种创新等具有重大意义。

多重技术手段的结合为复杂基因组的组装开辟了新的路径，使得更高水平、更高精度的基因组学研究得以实现。武汉未来组是国内获得Oxford Nanopore官方认证的测序服务供应商，拥有PacBio Sequel和Bionano平台，并提供Hi-C辅助基因组组装，同时配备经验丰富的实验团队和生信分析团队，竭诚为您打造优质的基因组学研究服务。

参考链接和文献

[1] https://view.inews.qq.com/a/20180323A1G70P00

[2]Zhang, G.-Q. et al. The Apostasiagenome and the evolution of orchids. Nature 549, 379 (2017)