近日，北京农学院师生与中国农业科学院生物技术研究所师生在知名学术期刊GigaScience（IF=11.8）上发表了题为《通过染色体水平四倍体中华水韭基因组揭示石松植物的进化和适应性》（Chromosome-level reference genome of tetraploid Isoetes sinensis provides insights into evolution and adaption of lycophytes）的研究论文。此研究首次绘制了高质量的中华水韭（Isoetes sinensis）基因组，这也是报道的首个非种子植物染色体水平组装的四倍体基因组。此研究为进一步解析石松植物的进化和环境适应性以及中华水韭的保护提供了重要基础。北京农学院为第一单位，园林学院高级实验师崔金腾老师和中国农业科学院生物技术研究所客座研究生、格致博雅生物科技朱云柯为论文第一作者，中国农业科学院生物技术研究所梁哲研究员为论文通讯作者，我校园林学院本科生沈思仟、王曈欣、崔文文参与了此项研究工作。
中华水韭（Isoetes sinensis）被认为是“植物界大熊猫”，是我国首批公布的I级重点保护野生植物，同时也是中国特有石松类植物。在所有维管植物类群中，石松类植物的进化史最长，对地球的生物多样性、土壤形成和二氧化碳固定有着重要的影响。然而，与种子植物相比，石松植物的分布面积大大缩小，石松属的几个物种已经濒临灭绝。中华水韭是古老的四倍体（2n = 4x = 44）水生石松植物。中华水韭曾经广泛分布，但现在已经从大部分栖息地消失了。中华水韭的基因组图谱的绘制，对深入理解石松植物的进化及环境适应性，以及对中华水韭的保护有着重要意义。
此研究结合二代、三代基因组测序和Hi-C数据，组装了包含22条染色体2.13 Gb的中华水韭四倍体基因组，其scaffold N50达到86.66 Mb。通过与近缘二倍体台湾水韭的比较分析，揭示了石松植物四倍体基因组和多倍化的特征以及中华水韭和台湾水韭景天酸代谢途径以及气孔发育的异同。通过与进化上代表性的物种的比较分析，发现中华水韭具有的一些共同的遗传调控特性，如转录调控、脱落酸、细胞分裂素、乙烯、茉莉酸和赤霉素信号通路等。另一方面，也发现了一些参与独角金内酯、水杨酸代谢和胁迫反应（寒冷、干旱、盐度和镉）相关的重要基因，在中华水韭和许多石松植物中“丢失”。这些发现为研究石松植物的发育及其对逆境胁迫的适应性提供了新的见解，为中华水韭的保护提供了重要的信息。
来源：北京农学院
