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（圖1）,，在我國(guó)古代是重要的“六谷”之一,。對(duì)于野生植物而言,，易落粒有利于后代繁衍,，而對(duì)于栽培作物而言,，易落粒導(dǎo)致收獲指數(shù)和產(chǎn)量嚴(yán)重降低。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。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,。

圖1 中國(guó)菰的植株、花序和種子

2022年1月11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，完成了首個(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)研究成果以Chromosome-level genome assembly of Zizania latifolia provides insights into its seed shattering and phytocassane biosynthesis為題發(fā)表在《自然》旗下期刊Communications Biology上。

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%（圖2）,。

圖2 中國(guó)菰基因組信息

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 Mya,。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（圖3）,。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,。

圖3 中國(guó)菰離層形成和降解期間的組織學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析以及落粒性相關(guān)基因的表達(dá)特性

煙草研究所閆寧副研究員,、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，煙草研究所張忠鋒研究員,、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。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s42003-021-02993-3

報(bào)道原文：Commun. Biol. | 中國(guó)農(nóng)科院多單位聯(lián)合發(fā)布首個(gè)中國(guó)菰染色體水平基因組,，并鑒定落粒性相關(guān)基因