《Scientific Data》：Chromosome-scale genome assembly of Zoysia japonica uncovers cold tolerance candidate genes
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为解决结缕草（Zoysia japonica）缺乏公开可用的染色体水平基因组组装，以及深入了解其优良性状遗传机制的问题，研究人员开展了结缕草‘Compadre’染色体水平基因组组装及耐寒候选基因挖掘的研究。成功组装出高质量基因组，注释了基因和重复序列，还鉴定出 80 个耐寒候选基因，为耐寒草坪草育种提供关键遗传资源129。
在草坪草的世界里，结缕草（Zoysia japonica）可是一位 “明星选手”。它拥有诸多令人称赞的本领，像耐旱、耐热、耐寒，还能抗盐碱、耐践踏，在贫瘠土壤中也能顽强生长，因此广泛应用于草坪建设、水土保持和绿化项目。然而，在科研领域，结缕草却面临着尴尬的境地。在禾本科虎尾草亚科（Chloridoideae）的四大属中，结缕草属是唯一缺少公开可用的染色体水平基因组组装的属。虽然此前有研究尝试对结缕草基因组进行测序，但功能注释并不完整，这就好比拼图缺了关键的几块，使得人们难以全面了解结缕草优良性状背后的遗传机制。为了填补这一空白，深入挖掘结缕草的遗传奥秘，北京林业大学的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Scientific Data》上，为结缕草的研究和应用开辟了新的道路。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：采用 PacBio SMRT 测序、Illumina 测序以及 Hi-C 辅助组装技术对结缕草基因组进行测序和组装；从多个结缕草品系获取样本，构建 DNA、RNA 和 ATAC 文库进行测序分析；利用多种生物信息学软件进行序列处理、基因预测、功能注释和比较基因组学分析。
研究结果如下：
- 高质量基因组组装：通过 PacBio SMRT 测序和 Hi-C 辅助组装技术，成功获得了结缕草‘Compadre’染色体水平的高质量基因组组装，大小为 312.42 Mb，锚定在 20 条染色体上，Scaffold N50 达 18.72 Mb。经评估，该基因组完整性高，为后续研究奠定了坚实基础。
- 基因组注释：对组装的基因组进行注释，共鉴定出 49,074 个基因和 306,768 个重复序列。其中，重复序列中长末端重复（LTR）占比较大，主要为 Class I/LTR/Gypsy 和 Class I/LTR/Copia 类型。此外，还识别出 2,077 个简单序列重复（SSR）345。
- 比较基因组学分析：与其他代表性植物基因组进行比较基因组学研究，构建进化树。分析发现结缕草有 194 个扩张基因家族和 11 个收缩基因家族，扩张基因家族与抗逆性和适应性相关，如钙介导的信号传导、光形态建成调控等过程。同时，确定了结缕草全基因组复制事件发生在约 15 - 20 百万年前67。
- ATAC-seq 和 RNA-seq 数据分析：对多个结缕草材料进行 ATAC-seq 和 RNA-seq 测序分析，构建基因共表达网络。通过功能富集分析，鉴定出 108 个显著富集的通路，其中 35 个与低温耐受性相关。最终确定了 80 个与低温耐受相关的候选基因，这些基因参与光合作用、植物激素信号传导等多个与冷适应相关的通路89。
研究结论和讨论：本研究成功完成了结缕草‘Compadre’染色体水平的基因组组装，这是该领域的重要突破。通过多组学分析，深入解析了结缕草的基因组特征、进化历史以及耐寒相关的基因调控机制，鉴定出的耐寒候选基因，为耐寒草坪草育种提供了关键的遗传资源。这不仅有助于培育更适应寒冷环境的结缕草品种，提升草坪在寒冷地区的应用价值，还为其他植物的耐寒性研究提供了重要参考。此外，研究中建立的实验方法和数据分析流程，也为后续的植物基因组学研究提供了可借鉴的范例，推动了植物功能基因组学和分子育种领域的发展。
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