破解巴戟天基因组密码：野生与栽培品种的遗传解析及意义

为探究巴戟天（Morinda officinalis）遗传机制，研究人员测定其野生和栽培品种基因组，成果助力保护与育种。

　　巴戟天（Morinda officinalis），是我国华南及越南北方特有的药食两用植物，其干燥根 “巴戟天” 在中医里用途广泛，可治疗阳痿、不孕、风湿关节痛等多种疾病。然而，随着市场需求的不断攀升，野生巴戟天资源遭到过度采挖，面临濒危风险，人工栽培品种逐渐成为主要药源。尽管野生和栽培巴戟天都很重要，但此前相关基因组资源却十分有限，尤其是野生巴戟天缺乏全面的基因组特征分析，这严重阻碍了人们对其药用成分合成的遗传机制、适应性性状以及物种进化轨迹的理解。

为填补这一知识空白，来自深圳华大基因研究院、中国科学院大学、华南农业大学等多单位的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Data》上，为巴戟天的遗传改良和可持续利用提供了关键数据支持。

研究人员运用了多种关键技术方法。在样本采集方面，分别从广东肇庆和云浮采集了栽培和野生巴戟天的新鲜叶片。在测序技术上，综合运用了纳米孔长读长测序和 Hi-C 技术：先利用纳米孔长读长测序获得原始数据，之后用短读长数据进行修正，再借助 Hi-C 数据将重叠群组装到染色体上；还进行了 RNA 测序以辅助基因预测。同时，使用多种软件对基因组进行评估、注释以及构建系统发育树，全面解析巴戟天的基因组信息。

下面来看具体的研究结果：

1. 基因组组装与评估：通过一系列操作，研究人员成功完成了巴戟天野生和栽培品种的染色体级别的基因组组装。野生巴戟天基因组大小为 423Mb，栽培品种为 425Mb。野生和栽培巴戟天的 scaffold N50 值分别达到 5.91Mb 和 10.99Mb ，显示出较高的连续性。利用 BUSCO 软件评估发现，野生和栽培巴戟天基因组组装的完整性分别为 97.3% 和 97.5%，表明组装质量较高。并且，约 96.3% 和 97.8% 的组装序列分别锚定到野生和栽培巴戟天的 11 条假染色体上，进一步验证了组装的可靠性。
2. 基因预测与注释：研究人员预测野生巴戟天有 31,308 个蛋白质编码基因，栽培巴戟天有 29,528 个。对这些基因进行功能注释发现，超过 91% 的基因能获得功能注释，且大部分基因在 BUSCO 评估中表现完整。此外，还对非编码 RNA 进行了注释，在野生和栽培巴戟天中分别鉴定出 2021 和 2291 个非编码 RNA，其中栽培品种的 rRNA 数量是野生品种的两倍。
3. 重复序列分析：研究采用了从头预测和基于同源性的方法检测重复序列。结果显示，野生和栽培巴戟天基因组中分别有 50.09% 和 50.80% 的序列为重复序列，其中长末端重复序列（LTRs）占比最高，分别为 34.49% 和 35.36% 。这一结果有助于理解巴戟天基因组的结构和进化。
4. 系统发育分析：为明确巴戟天在植物进化中的位置，研究人员选取了 12 种代表性植物物种，通过提取 317 个单拷贝直系同源基因序列，经比对和拼接后构建系统发育树。结果表明，巴戟天与其他茜草科植物聚为一支，清晰展示了其在植物演化中的地位。

总的来说，这项研究首次获得了巴戟天野生和栽培品种的高质量染色体级基因组，这一成果具有多方面的重要意义。从基础研究角度，为深入了解巴戟天的遗传机制、生物活性化合物的合成途径以及物种进化提供了丰富的数据资源；在应用方面，有助于制定更科学的巴戟天栽培策略，提高其产量和品质，还能为野生巴戟天的保护提供遗传学依据，推动这一重要药用植物的可持续发展。