浙大农学院公布麦田杂草菵草基因组并揭示其群体结构与进化历程

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关键词：

来源：

Plant Communications

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//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/4edcceb0-bb90-417c-91d4-da3a0e011668

来源地址：

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101174

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2024-10-16

摘要：

2024年10月16日，浙江大学农业与生物技术学院在Plant Communications期刊在线发表了题为“Assembling a reference-quality genome and resequencing diverse accessions of Beckmannia syzigachne provide insights into population structure and gene family evolution”的论文。该研究公布了麦田恶性杂草菵草（Beckmannia syzigachne）的高质量参考基因组，揭示了中国菵草的群体结构与进化历程，为未来菵草的有效管理及杂草基因组学研究提供了重要的基因组数据资源。研究团队利用PacBio-HiFi技术及高通量染色体构象捕获（Hi-C）数据，整合了多种高性能de novo组装工具的优势，成功组装了包含7条染色体、总长度2786.6 Mb的高完整性和高连续性的菵草基因组（BUSCO, 99.1% 完整性；LAI=21.2；平均QV=57.35），其中重复元件占基因组总长度的88.28%。除6号染色体上的1个高杂合间隙外，其余6条均达到端粒至端粒（T2T）水平，全面描绘了菵草7条染色体的端粒和着丝粒区域。通过对基因组的注释，共预测了48,711个基因。通过比较基因组学分析，发现菵草经历了两次潜在的全基因组复制（WGD）事件，导致与资源获取和能量代谢相关的基因家族显著扩张，可能增强了菵草在多变环境中的适应能力。同时，非靶标抗性（NTSR）基因家族的显著扩张，为其快速适应除草剂逆境提供了遗传基础。此外，研究团队对来自中国11个省市、7种不同生态系统的110个菵草样本进行了重测序，系统研究了其遗传多样性和群体结构。系统发育结果显示，尽管东北和西南地区的菵草样本地理距离遥远，但它们的遗传相似性较高。而来自长江中下游地区的样本，群体间遗传分化水平很低，显示出快速扩散的趋势。比较基因组分析发现，菵草的遗传多态性（π=1.189×10-5）显著低于其他杂草，这可能与其高自交率、农业管理实践以及遗传瓶颈效应相关。在全球环境不断变化的背景下，深入研究植物适应性进化的遗传基础对于推动可持续农业发展和保护植物多样性至关重要。本研究成果为菵草等杂草的基因组学研究提供了宝贵资源，并为植物在快速变化环境中的适应性提供了新的视角。