端粒到端粒基因组揭示罗布麻属同倍体杂交驱动的性状整合与盐碱适应机制

本研究通过构建罗布麻属三个物种（AVX、APZ、AHG）的端粒到端粒（T2T）基因组，首次证实APZ是AVX与AHG约0.95百万年前形成的同倍体杂交种（HHS），揭示了大型杂合倒位（Chr3/8）通过抑制重组保留AHG抗逆单倍型，而等位基因特异性表达（ASE）动态调控盐胁迫响应——200 mM NaCl时AHG偏向的MAPK信号通路占主导，400 mM时转为AVX偏向型，黄酮合成基因AvFLS/AvCHS5则持续偏好AVX等位基因。转基因实验验证AVX来源的AvFLS具有更强盐耐受性，串联重复驱动的AvCHS5剂量效应及昼夜节律基因LHY的正选择为杂交稳定性提供分子基础，为极端环境作物育种提供新靶点。

　　

杂交驱动罗布麻属性状整合的基因组机制

通过构建罗布麻属三个物种——红花罗布麻（AVX）、白麻（APZ）和大叶白麻（AHG）的端粒到端粒（T2T）基因组，研究首次从基因组层面证实APZ是AVX与AHG杂交形成的同倍体杂交种（HHS）。系统发育分析显示，AVX与AHG约在208万年前分化，而APZ形成于约95万年前。有趣的是，APZ的质体基因组完全继承自母本AHG，但核基因组分析显示其更接近父本AVX（Fst=0.08），群体结构分析清晰呈现三物种分化的遗传聚类。

APZ展现出典型杂交优势特征：杂合度（π=1.31×10^-3）显著高于双亲（AHG 1.13×10^-3，AVX 1.12×10^-3），连锁不平衡（LD）增强。尤为关键的是，在3号和8号染色体上发现5个大型杂合倒位（最大19.86 Mb），这些区域在亲本中呈纯合状态但方向相反。Hi-C互作矩阵证实这些倒位导致重组抑制（LD衰减速度降低2.4倍），完美保存了AHG来源的抗逆单倍型——富集植物激素信号和MAPK通路基因，以及黄酮合成关键酶CHI。

动态ASE调控塑造环境适应性

通过等位基因特异性表达（ASE）分析，研究揭示了APZ应对盐胁迫的"双阶段调控模型"：在200 mM NaCl胁迫下，72%的ASE基因偏向母本AHG等位型，主要富集于MAPK信号和油菜素内酯合成通路；而当盐浓度升至400 mM时，61%基因转为父本AVX偏向型。这种动态转换使杂交种能灵活调用最优等位基因——例如胁迫响应初期依赖AHG的快速防御机制，后期则切换至AVX的持续抗性程序。

值得注意的是，黄酮合成通路呈现"组成型AVX偏好"：黄酮合酶AvFLS和查尔酮合酶AvCHS5在所有条件下均显著高表达AVX等位型（log2FC>5）。转基因实验证实，AVX来源的AvFLS能使酵母在1.2 M NaCl存活率提高3倍，转基因毛状根中H₂O₂含量比AHG型低42%，这与APZ黄酮含量（2.73 g/100g）介于双亲之间的表型吻合。而AvCHS5通过串联重复产生的剂量效应，其表达量在盐胁迫下仍维持稳定。

杂交物种形成的基因组基础

研究首次在罗布麻属中发现同倍体杂交 speciation（HHS）的分子证据。通过Hudson-Kreitman-Aguadé（HKA）检测到351个正选择基因（PSGs），包括黄酮合成基因AvCHS5和昼夜节律核心调控因子LHY。LHY基因在APZ中保持杂合状态，携带5个亲本特异的非同义突变（Fst>0.95），可能通过调控开花时间促进生殖隔离。

比较基因组学揭示，APZ的适应性整合依赖于三大机制：1）结构变异（如倒位）锁定抗逆单倍型；2）ASE实现环境响应可塑性；3）HHS维持基因组稳定性。这种"模块化调控"策略使其在戈壁滩波动性盐碱环境中表现优于组成型抗逆的盐生植物，例如在400 mM NaCl下仍能通过AVX等位基因维持黄酮合成。

育种应用与未来方向

该研究为极端环境作物设计提供新思路：1）AVX型AvFLS可作为标记辅助选择靶点，其过表达使转基因植株根系生物量提高58%；2）串联重复的AvCHS5基因簇提示基因剂量调控的重要性；3）LHY等生殖隔离基因有助于稳定杂交性状。未来需通过田间试验验证这些基因在波动盐碱环境中的表现，单细胞转录组将有助于解析ASE的时空特异性调控网络。

罗布麻属杂交基因组研究不仅为植物适应性进化提供新范式，其揭示的"动态等位基因平衡"机制更为设计抗逆作物提供精准调控策略——通过定向优化亲本等位基因的表达时空模式，有望实现抗逆性与次生代谢产物的协同提升。