【Nature Plants】从袁枚的《苔》到小立碗藓T2T基因组

“苔花如米小，也学牡丹开”，诗人袁枚的一首《苔》在细微处见证了苔花的尽情绽放，微不足道的苔藓却有着生机勃勃的姿态。苔藓个头矮小结构简单，不开花也没有种子，但其在整个生态系统的地位却不容忽视，更是基因研究的宝库.

小立碗藓属，是最早登陆的高等植物，它的进化地位比较特殊，是处于水生到陆生过渡阶段的生物，生活史周期短，大约8周完成一次生活史。小立碗藓生长所需要的营养比较简单，易于培养。其核基因组容易和外源基因发生高频率的同源重组，可利用小立碗藓高频率同源重组的特点对基因组DNA进行改造或者敲除，加之小立碗藓的转基因植株易于分析，这些特点使它成为研究植物基因功能的良好材料，也成为植物分子生物学研究领域的一种模式生物。

小立碗藓生活史

2024年1月26日，中国农业科学院基因组所戴俊彪团队和闫建斌团队联合在Nature Plants上在线发表了题为“Near telomere-to-telomere genome of the model plant Physcomitrium patens”的研究论文。该研究首次构建了端粒到端粒无间断的小立碗藓参考基因组，证明了小立碗藓的染色体数目为26条，为基于苔藓模型的演化生物学，基因组学及其它基础研究提供了高质量参考基因组。

小立碗藓（Physcomitrium patens）因其形态复杂度低、同源重组频率高、耐逆能力强等特点，在半个多世纪以来一直被用作模式植物，同时，它还为遗传分析和操作提供了成熟的工具和资源，使其成为具有潜力的合成生物学植物底盘。然而，基于sanger测序以及遗传连锁图（genetic linkage map）等方法组装的当前版本的小立碗藓参考基因组（V3）仍存在较多gap，已经无法满足植物基因组学日益增长的对于高连续性，高完整性小立碗藓基因组的需求。

基因组所戴俊彪团队与闫建斌团队联合研究，借助Nanopore单分子测序数据，使用NextDenovo组装、Hi-C文库辅助，经GBGF方法（Graph-Based Gap Filling）不断校正后，填补了scaffolds上存在的所有gap，并最终得到了以(GGGCCA)n或(TTTAGGG)n为端粒重复序列的26条染色体（V6）。经过评估，该组装的单碱基正确率高达99.9989%。该研究还比较了V3和V6版本的同线性和结构变异，并对新版参考基因组进行了从头注释。注释结果表明，与V3版本相比，V6版本消除了许多转座子（TE）区存在的重复注释现象。研究人员已将V3版本注释与新版注释进行了整合，以使其它植物生物学研究者可以方便地将基于V3的研究移植到V6上。

基于GBGF方法的小立碗藓基因组组装流程

该研究基于计算结果和免疫染色验证了V6版本的26条染色体结论，并进一步深入研究了基因组三维结构在发育过程及生命周期中的动态变化，为了解重要基因调控的分子机制提供了新的工具。该研究提供的参考基因组将极大有利于基于苔藓模型的演化生物学，基因组学及其它基础研究。

小立碗藓T2T基因组, 3D基因组结构与更正后的核型进化模型

闫建斌课题组博士后毕桂萁，戴俊彪课题组博士研究生赵世俊，闫建斌课题组博士研究生姚嘉伟、博士研究生汪欢，为该论文的共同第一作者。基因组所戴俊彪研究员和闫建斌研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会、中国科学院、中国农业科学院和深圳市等多个项目的资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-023-01614-7

转自：“iPlants”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！