青藏高原两种银莲花属植物无间隙基因组揭示其遗传关系与高海拔适应性进化

本研究通过构建四倍体鹅绒委陵菜（Argentina anserina）和二倍体线叶委陵菜（A. lineata）的染色体级别无间隙基因组，结合比较基因组学与系统发育分析，揭示了二者在青藏高原极端环境下的适应性分化机制。研究发现线叶委陵菜可能是鹅绒委陵菜的二倍体祖先，转座元件（TEs）扩张驱动了多倍化后基因组增大，且鹅绒委陵菜中富集了与DNA修复（HR）、角质层合成（cutin/suberin）等高原适应相关的正选择基因。该成果为蔷薇科植物多倍体进化与高海拔适应提供了新见解，发表于《Molecular Horticulture》。

　　

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在青藏高原的极端环境中，蔷薇科委陵菜族（Potentilleae）植物展现了惊人的适应性。这个类群以复杂的多倍体（4x-12x）著称，其中鹅绒委陵菜（Argentina anserina）作为四倍体物种，其肥大的块根是藏族传统药食两用资源，富含抗高原病的多糖和黄酮类物质；而二倍体的线叶委陵菜（A. lineata）则是治疗糖尿病和胃病的民族药物。尽管二者形态相似且分布重叠，它们的基因组进化关系与环境适应机制始终成谜。

为解析这一科学问题，中国科学院昆明植物研究所等机构的研究人员首次完成了两种植物的无间隙基因组组装（鹅绒委陵菜431.96 Mb，线叶委陵菜187.88 Mb）。通过k-mer分析发现鹅绒委陵菜为异源四倍体（AABB型），其亚基因组B与线叶委陵菜亲缘关系最近，分化时间约412万年前。sppIDer分析显示线叶委陵菜49.99%的序列更倾向匹配鹅绒委陵菜亚基因组B，支持其作为潜在祖先二倍体的假说。

研究采用PacBio HiFi长读长测序、Hi-C染色体构象捕获技术完成基因组组装，通过BUSCO评估显示完整性达95%以上。利用4dtv方法检测全基因组复制（WGD）事件，结合LTR-RTs插入时间分析转座元件动态，并基于正选择分析和基因家族扩张收缩探讨适应性进化机制。

基因组结构与进化特征

鹅绒委陵菜亚基因组A（216.02 Mb）和B（215.41 Mb）比线叶委陵菜基因组大15%，主要由于Ty1/Copia和Ty3/Gypsy类LTR-RTs的扩张（占比39% vs 29%）。Gypsy-LTR-RTs近期插入事件（约100万年前）表明高原隆升可能激活了转座活性。

适应性遗传基础

正选择基因分析揭示：鹅绒委陵菜亚基因组A富集同源重组修复（HR）通路基因，亚基因组B则显著富集角质/木栓质合成（cutin/suberin）和异黄酮生物合成通路。相比之下，线叶委陵菜扩张的(-)-germacrene D合成酶（GERD）基因家族（TPS-a亚类）与其抗糖尿病的三萜类活性成分相关。

代谢通路分化

鹅绒委陵菜两个亚基因组均扩张了黄酮合成相关基因（如IF7MaT、CYP81E），这可能增强其抵御高原强紫外辐射的能力；而线叶委陵菜特有的单萜/倍半萜合成通路扩张则与其药用价值密切相关。

该研究不仅首次揭示了银莲花属多倍体起源的基因组证据，更阐明了黄酮类和萜类代谢通路的分化如何驱动物种适应不同海拔梯度。鹅绒委陵菜通过基因组加倍获得更完善的环境应激网络（如DNA修复、表皮屏障），而线叶委陵菜则保留着药用次生代谢的关键遗传基础。这些发现为高原药用植物资源开发和蔷薇科多倍体进化研究提供了理论框架。