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2019年9月4日，上海交通大学王文琴课题组与菲沙合作项目，Plant evolution and environmental adaptation unveiled by long-read whole-genome sequencing of Spirodela，在PNAS期刊上在线发表（IF=9.580）。该研究基于PacBio 长读长测序技术，构建了浮萍的高质量参考基因组，并揭示了浮萍及水生植物进化和适应环境的新机制。其中，永利集团3044承担“浮萍”的测序组装和部分生信分析工作。示了浮萍及水生植物进化和适应环境的新机制。其中，永利集团3044承担“浮萍”的测序组装和部分生信分析工作。

图1  项目文章发表信息

浮萍（Spirodela polyrhiza）隶属于天南星目浮萍科，其由一个小叶子和少量不定根（ARs）组成，是研究早期被子植物根系进化的独特材料。此外，浮萍根部提取物还可抑制水生细菌和真菌的活性。为充分了解浮萍相关功能的分子机制，必须构建高质量的参考基因组。浮萍已有参考基因组是基于二代短读长测序组装的，其存在诸多短片段并导致相应序列缺失，以此参考基因组为基础不能很好揭示浮萍适应水生的关键机制。基于此，研究者利用PacBio构建了高质量的浮萍参考基因组，为浮萍及水生植物进化和适应环境的研究提供新见解。

图2  浮萍和其他开花植物的进化模型

        基于PacBio测序，同时结合FISH技术，研究者构建的浮萍参考基因组大小为138Mb，contig N50=831kb。研究者构建的浮萍参考基因组的连续性较上一版本提升了44倍，并将上一版本丢失的序列区域进行了填补（填补率95.4%），同时鉴定出了更多更完整的LTR序列和嵌套LTR区间。总之，研究者构建的新的浮萍参考基因组为其后续生物学的研究提供了重要基础。

图3  浮萍新老版本基因组结构的比较

        基于构建的参考基因组，研究者随后对浮萍进行了比较基因组学分析，并对其根系的进化历程、串联重复序列中抗病基因的鉴定进行了深入探讨。比较基因组学分析表明，浮萍与其它陆地单子叶植物的分化时间大约是130.4～ 140.4 MYA之间。GO富集分析显示，调节气孔变化的通路、产生次级代谢产物的生物学过程，在浮萍中显著富集。

图4  浮萍与其近缘种的基因家族分析

        根组织切片分析、根发育相关基因鉴定、根吸收能力比较等多方面实验都证明了与陆生植物相比，浮萍的根系主要是不定根且缺乏侧根和根毛，这与其吸收功能退化相一致。最后，通过对浮萍串联重复序列的研究，研究者发现浮萍中编码抗微生物肽等抗病基因的串联重复扩增，且表达水平增加，这与浮萍中24nt siRNA低水平的表达是相一致的。这些变化增加了浮萍对病原体和致病微生物的抵抗能力，是其适应水生生活的具体表现。

图5  浮萍根系的解剖学研究

        基于此研究结果为理解水生生物的环境适应性提供了最新见解，包含 New Wise、EurekAlert、BioArt植物在内的多家国内外媒体都对此研究做了详细报道，这充分表明该文章的学术价值。

而作为此文章的主要合作者，武汉永利集团3044多年来一直专注于运用三代测序技术来构建动植物的高质量参考基因组，并结合强大的技术运营团队、生信分析团队，可为科研工作者提供生物学问题挖掘、研究思路设计、实验平台打造、分析结果展示等全方面的服务。

下期，我们会以该文章为例，具体向大家介绍动植物基因组高分文章研究思路。