近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所煙草功能成分與綜合利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國(guó)水稻研究所、深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所等單位聯(lián)合，完成首個(gè)中國(guó)菰染色體水平基因組組裝，并通過共線性分析和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序鑒定到中國(guó)菰落粒性相關(guān)基因。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》旗下期刊《通訊·生物學(xué)(Communications Biology)》上。

中國(guó)菰 （ Zizania latifolia ） 原產(chǎn)于中國(guó)，屬于禾本科稻族菰屬，主要分布于中國(guó)、韓國(guó)、日本和印度等國(guó)家。中國(guó)菰的穎果為菰米，在我國(guó)古代是重要的“六谷”之一。中國(guó)菰具有生物量大、耐深水、灌漿成熟快、籽粒蛋白質(zhì)含量高和抗稻瘟病等優(yōu)良性狀，但是由于未經(jīng)過人工馴化，其種子成熟過程中極易脫離母體形成落粒，導(dǎo)致收獲指數(shù)和產(chǎn)量嚴(yán)重降低。因此，開展落粒性相關(guān)研究對(duì)于中國(guó)菰的快速馴化以及培育落粒性減弱的品種具有重要意義。但是，由于缺乏高質(zhì)量基因組，中國(guó)菰的遺傳學(xué)及其落粒性基因研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于水稻等重要禾本科作物。

研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用第三代Nanopore、二代Illumina和高通量染色體捕獲技術(shù)進(jìn)行全基因組測(cè)序與組裝，獲得中國(guó)菰基因組全長(zhǎng)547.38Mb，其中含有38 852個(gè)基因以及52.89%的重復(fù)序列，重疊群（Contig N50）為4.78 Mb，基因組骨架 （Scaffold N50）為32.79 Mb，其中545.36 Mb基因組序列被定位到17條染色體上，掛載率高達(dá)99.63%。系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)，中國(guó)菰與假稻（ Leersia perrieri ）和稻屬（ Oryza ）植物親緣關(guān)系更近，其分化時(shí)間約為19.7-31.0 百萬年。研究還發(fā)現(xiàn)，中國(guó)菰和水稻基因組之間存在顯著的共線性，而通過與水稻落粒性基因共線性分析鑒定出中國(guó)菰落粒性相關(guān)基因，并分析了這些基因在離層形成和降解過程中的表達(dá)特性。該研究為中國(guó)菰落粒性基因編輯提供了候選靶點(diǎn)，有助于加速中國(guó)菰落粒性的定向馴化改良。

煙草所閆寧副研究員、博士后楊婷、碩士生于秀婷和深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所商連光研究員為論文共同第一作者，煙草所張忠鋒研究員、閆寧副研究員和中國(guó)水稻研究所錢前院士為論文共同通訊作者。該研究得到了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。