近染色体水平组装揭示加州特有蛇纹岩适应性耧斗菜Aquilegia eximia的基因组特征

本研究针对加州特有蛇纹岩适应性植物Aquilegia eximia，通过PacBio HiFi长读长测序和Omni-C染色质捕获技术，构建了首个近染色体水平的基因组组装（质量代码6.7.P6.Q61.C95），解决了现有北美耧斗菜参考基因组（A. coerulea）因技术限制导致的支架排序问题。研究揭示了A. eximia与近缘种A. coerulea、A. vulgaris共享相同的基因组结构，但与亚洲种A. oxysepala var. kansuensis存在染色体1/4互易易位差异。该基因组（contig N50 6.09 Mb，scaffold N50 47.38 Mb）为加州保护基因组计划（CCGP）提供了关键工具，助力解析植物对极端生境（蛇纹岩/高海拔）的适应机制。

　　

在植物适应性进化研究领域，耧斗菜属（Aquilegia）因其快速的辐射适应（约6-7百万年）和多样的生态型成为模式生物。加州作为生物多样性热点，其特有物种A. eximia专性生长于仅占该州1%土地的蛇纹岩土壤（高Mg/Ca比、重金属富集），而现有北美参考基因组A. coerulea因采用Sanger测序和短读长技术，存在支架排序错误（如着丝粒周边区域），严重限制群体基因组和数量性状定位（QTL）研究。更棘手的是，亚洲种A. oxysepala var. kansuensis与北美/欧洲种存在染色体1/4互易易位差异，导致跨大陆样本比对效率骤降。

为解决这些问题，加州大学圣塔芭芭拉分校等机构的研究团队选择加州特有蛇纹岩适应种A. eximia（推测近交降低杂合度）开展基因组测序。通过PacBio HiFi长读长（平均13.5 kb，29X覆盖度）和Omni-C染色质空间互作数据，结合HiFiasm分型组装与SALSA支架，最终获得363.4 Mb的双单倍型组装（dmAquExim1），其contig N50达6.09 Mb，scaffold N50达47.38 Mb，BUSCO完整度97.8%。研究还发现A. eximia基因组（8个主要支架）与A. coerulea、A. vulgaris结构一致，但与亚洲种存在相同易位差异，证实A. coerulea基因组部分区域可能存在组装错误。该成果发表于《Journal of Heredity》，为解析加州植物极端环境适应提供了精准参考框架。

关键技术包括：1）暗处理降低代谢干扰的叶片样本采集；2）PacBio Sequel IIe平台HiFi测序（15-18 kb文库）；3）Dovetail Omni-C染色质捕获（39.08百万读长对）；4）基于Hi-C接触图谱的手动校正（167处连接/53处断裂）；5）k-mer频谱分析（GenomeScope2.0估算基因组367 Mb，杂合率0.559%）。

核基因组组装
通过HiFiAdapterFilt去接头后，HiFiasm结合Omni-C数据生成分型组装，经SALSA支架和HiGlass可视化校正后，最终组装为8个主要支架（占基因组95.6%）。值得注意的是，支架4.1（JALIGU020000007.1）与4.2（JALIGU020000008.1）虽对应A. coerulea第4染色体，但Hi-C信号不支持合并，暗示可能核型变异（n=7→8）。

与其他耧斗菜基因组的比较
Dot plot分析显示：A. eximia与A. coerulea/A. vulgaris在近着丝粒区域存在小规模 synteny（同线性）混乱，但与A. kansuensis的易位差异高度保守。A. eximia基因组大小（363 Mb）显著大于其他三种（292-296 Mb），可能反映其特殊生态适应。

讨论与意义
该研究首次构建了加州特有蛇斗菜的染色体水平参考基因组，其支架连续性（scaffold N50 47.4 Mb）远超现有资源（A. coerulea 43.6 Mb）。发现8支架/7染色体的不一致可能源于：1）核型多态性（已知7种耧斗菜存在n=7/8变异）；2）第4染色体特有的高多态性（含rDNA重复序列）。研究证实A. coerulea基因组在着丝粒周边存在组装偏差，而A. eximia与欧洲种A. vulgaris结构高度保守，为跨洲际比较提供新视角。该基因组将成为CCGP计划的核心资源，特别适用于解析A. formosa（广布种）、A. pubescens（高海拔种）与A. eximia（蛇纹岩种）的适应性分化机制。