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图1  文章发表信息

材料：珍汕97（ZS97）、明恢63（MH63）

测序策略：ZS97（23×HiFi、131×CLR）、MH63（103×HiFi、132×CLR）、Illumina、Bionano

组装软件：Canu + Falcon+ Mecat 2+Flye+Wtdbg 2+ NextDenovo+Miniasm

通过高深度的HiFi与CLR测序，同时结合多种软件进行组装，研究者获得了Gap-free的ZS97和MH63参考基因组（基因组大小分别为391.56 Mb和395.77 Mb）。R3版本的基因组不仅对R1版本中的Gap进行了补洞，还将R1版本部分错配区域进行了纠正。随后，研究者通过Hi-C与光学图谱检验、各种测序数据回比参考基因组、BUSCO与LTR评分、rRNA鉴定等多种方式对ZS97和MH63参考基因组进行全面评估，结果均表明R3版本的基因组准确性高、连续性好。

图2  Gap free的ZS97和MH63参考基因组

整合RepeatMasker、最新的RepBase、TIGR Oryza Repeats数据库，研究者对R3版本的ZS97和MH63中的重复序列进行了注释，与R1相比，R3版本的ZS97和MH63中TE序列占比分别提升4.88%和4.41%。结合多种方法，研究者最终在R3版本的ZS97和MH63基因组中注释得到60,935和59,903个基因，其中39,258和39,406个基因属于非TE基因位点（比R1分别提升11.8%和5.3%）。

基于最新的R3组装结果，研究者后续对ZS97、MH63、日本晴间的变异信息进行了更新，在ZS97和MH63的11号染色体末端鉴定到两个大的SV（MH-E和MH-I）。在MH-E中，ZS97的抗性基因是MH63的2-10倍，导致了大量基因序列扩张，这些基因在根组织中的表达量最高；在MH-I中，MH63RS3中有857 Kb的插入，包含11个抗性基因，在根组织中的表达量也最高，这部分地解释了MH63对水稻病害的优异抗性。

图3  ZS97和MH63（R3版本）间的结构变异比较

通过ChIP-seq及FISH实验，研究者鉴定了水稻不同染色体上着丝粒的分布情况，结果表明其长度为0.6-1.8 Mb。随后，研究者进一步将着丝粒区域分为核心区域（CoERs）与着丝粒周围区域，核心区域显示出高水平的CENH3结合位点。在MH63中，不同染色体间CoERs的长度存在10倍差距，CENH3密度的分布也是可变且不均匀的。在ZS97和MH63着丝粒区域，研究者分别鉴定到了395个和539个非TE基因，但其转录活性低、特异性表达的比例低，且大多数活跃转录的基因位于着丝粒周围区域。

基于Gap-free的基因组，研究者还在ZS97和MH63着丝粒区域鉴定到了许多独特的基因，部分是其特有的。比较基因组分析表明，ZS97和MH63着丝粒区域共享72%的基因，且多数overlap基因集中在1号染色体上。此外，着丝粒区域的甲基化水平是基因组其它区域的两倍，这种情况在CoERs区域更明显。

最后，基于系统进化树和与其它15个高质量的水稻基因组比较，研究者发现相同染色体中CentO重复序列的相似性高于跨染色体的相似性；亚洲水稻的同一亚种（或自然群体）中，同一染色体着丝粒核心区域中的CentO卫星重复序列的长度在不同品种之间有显著差异。

图4  水稻着丝粒区域的特征

文章原文：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(21)00230-6