端粒到端粒基因组组装揭示Coprinellus xanthothrix和Coprinellus saccharinus的染色体尺度基因组架构与谱系特异性进化动态

《Journal of Fungi》：Telomere-to-Telomere Genome Assemblies of Coprinellus xanthothrix and Coprinellus saccharinus Reveal Chromosome-Scale Genome Architecture and Lineage-Specific Evolutionary Dynamics

　　

Coprinellus 属包含形成蘑菇的腐生真菌，它们定殖于分解中的植物源基质，但该属的染色体完整基因组资源仍然有限。为了解析该类群中的染色体结构和谱系特异性进化，研究人员通过整合Oxford Nanopore Technologies（ONT）长读段、DNA纳米球测序（DNBSEQ）短读段、Hi-C和RNA-seq数据，生成了Coprinellus xanthothrix和C. saccharinus的染色体完整组装。每个基因组包含13条无缺口染色体，所有26个端粒均已恢复；组装大小分别为46.92 Mb和54.81 Mb，BUSCO完整度分别为99.20%和99.10%。C. saccharinus基因组较大主要与更高的逆转座子含量相关，而两个物种的功能注释谱和碳水化合物活性酶（CAZyme）谱总体相当。系统基因组学分析将C. xanthothrix与C. radians聚在一起，C. saccharinus与C. micaceus聚在一起，估计分化时间分别为54.4 Ma和32.8 Ma。两次分化事件均发生在古近纪。基因家族分析鉴定了谱系特异性扩张，这些扩张富集于核苷酸代谢、DNA复制与修复、谷胱甘肽代谢、氧化还原调控、内吞作用、细胞骨架组织和细胞周期过程。共线性（synteny）和K_s分析进一步揭示了染色体水平重排和谱系特异性小规模重复，但没有发现近期全基因组重复的强证据。综合而言，这些分化事件的时间位置及相关的基因组模式提出了一个可检验的假说，即长期的气候和植被重组，连同植物源基质和微生境的变化，可能促进了谱系建立和生态分化。然而，由于目前缺乏直接的古生态学证据和功能验证，这种提议的关系不应被解释为因果关系。这些染色体完整组装为Coprinellus的比较基因组学和未来腐生适应性实验研究提供了重要资源。

Coprinellus属真菌是担子菌门中一类重要的腐生蘑菇，通过分解木屑、落叶、草屑和粪等植物源有机质参与碳循环，但其基因组资源长期停留在碎片化草图水平。碎片化组装难以准确解析染色体末端、亚端粒重复序列、重复富集区和长距离共线性结构，这限制了对该属染色体架构和谱系特异性进化的认识。为突破这一瓶颈，研究人员从中国陕西省秦岭采集了Coprinellus xanthothrix菌株005和C. saccharinus菌株020，整合Oxford Nanopore Technologies（ONT）超长读段、DNA纳米球测序（DNBSEQ）短读段、Hi-C染色质构象数据和RNA-seq转录组数据，成功构建了两个端粒到端粒（T2T）基因组。两个基因组均包含13条无缺口染色体，26个端粒全部恢复；C. xanthothrix基因组大小为46.92 Mb，BUSCO完整度为99.20%，C. saccharinus基因组大小为54.81 Mb，BUSCO完整度为99.10%。C. saccharinus基因组比C. xanthothrix大7.89 Mb，主要因为其逆转座子含量更高，尤其长散在核重复序列（LINE）和长末端重复逆转录转座子（LTR）的积累。功能注释和碳水化合物活性酶（CAZyme）谱在两物种间总体相似，说明基本腐生功能没有发生剧烈变化。这项研究为Coprinellus属的比较基因组学和腐生适应机制研究提供了高质量的参考资源，成果发表于《Journal of Fungi》。

在技术方法上，研究人员利用NECAT进行ONT读段组装，用Racon和Pilon结合长短读段进行多轮纠错，通过Juicer、3D-DNA和CPhasing构建染色体级脚手架，并用FungalTeloExtender进行端粒延伸。重复序列采用RepeatModeler2和RepeatMasker注释；基因预测整合RNA-seq、同源蛋白和ab initio证据，由BRAKER和MAKER完成；CAZyme