染色体水平药用植物大叶金腰(Chrysosplenium macrophyllum)基因组组装及其药用价值解析

本研究通过整合ONT长读长、BGI短读长和Hi-C数据，首次完成中国特有药用植物大叶金腰染色体水平基因组组装（2.55Gb，N50=93.38Mb），锚定22条假染色体并预测62,921个蛋白编码基因。该成果填补了虎耳草科药用植物基因组空白，为次生代谢产物合成机制研究和传统药材开发提供关键资源。

　　

在传统中医药宝库中，大叶金腰(Chrysosplenium macrophyllum Oliv.)作为虎耳草科(Saxifragaceae)多年生草本植物，因其抗肿瘤、抗菌等药理活性被广泛用于治疗小儿惊风、烫伤等疾病。然而，该物种基因组信息的缺失严重制约了其药用活性成分合成机制研究和开发应用。更令人惊讶的是，这个中国特有植物竟是个"基因组巨人"——流式细胞术和k-mer分析显示其基因组高达3.2Gb，且核型分析揭示其为罕见的八倍体物种(2n=8x=88)。面对如此复杂的基因组结构，科研人员亟需突破技术瓶颈获取高质量参考基因组。

中南民族大学生命科学学院武陵山区特色植物种质资源保护与利用湖北省重点实验室的研究团队在《Scientific Data》发表重要成果。研究人员创新性地采用多组学联合作战策略：通过BGI短读长(143×覆盖度)和ONT长读长(N50=29kb)测序获取原始数据，结合Hi-C染色体构象捕获技术(355Gb数据)，最终获得包含2.55Gb序列的染色体水平基因组，其中83.7%序列成功锚定至22条假染色体。特别值得注意的是，这个"基因组拼图"的N50长度达到93.38Mb，BUSCO评估显示98.6%的保守基因完整，充分证明组装质量优异。

关键技术方法

研究团队采用"三步走"技术路线：首先通过流式细胞术和k-mer分析(19-mer)确认基因组特征；接着整合ONT PromethION平台长读长和BGI DNBSEQ-T7短读长数据，经NextDenovo初组装后采用Racon和Pilon进行多轮校正；最后利用Hi-C数据通过ALLHiC算法将83.7%序列挂载至染色体。样本采自七姊妹山国家级自然保护区，RNA-seq数据涵盖根茎叶等组织。

基因组特征分析

重复序列占比高达83.23%，其中LTR反转座子(64.76%)和串联重复(13.54%)构成主要成分。LTR-Gypsy(30.14%)和LTR-Copia(16.13%)为优势转座子类型。通过整合预测获得62,921个蛋白编码基因，93.67%获得功能注释，同时鉴定出316个miRNA和2,768个tRNA等非编码RNA。

染色体挂载与验证

Hi-C互作热图清晰显示22条染色体的空间构象，通过Juicebox手动校正后获得染色体长度60.6-135.2Mb不等的最终版本。BGI短读长比对率97.94%，BUSCO评估显示单拷贝基因占40.6%，多拷贝基因58%，证实八倍体基因组的准确解析。

讨论与意义

该研究创下三个"首次"：首次完成药用金腰属植物染色体水平基因组组装，首次揭示中国特有八倍体药用植物的基因组结构，首次建立该物种基因组-表型关联研究平台。特别值得注意的是，64.76%的LTR反转座子含量为理解植物多倍化进程中转座子爆发提供了新案例。研究人员在GenBank(JBISEJ000000000)和NGDC(PRJCA025550)公开的全套数据，将极大促进以下研究：1)虎耳草科物种比较基因组学；2)黄酮类和三萜等药用成分合成通路解析；3)多倍体基因组进化机制。

这项研究不仅填补了Saxifragaceae科基因组资源的空白，更通过创新性地结合三代测序与Hi-C技术，为其他复杂基因组植物研究提供了可借鉴的技术范式。未来基于该基因组开展的药用成分合成网络解析，或将揭开传统草药"清热解毒"功效的分子奥秘，为现代药物研发提供新靶点。