PBJ | 华北理工宋小明团队解析明星蔬菜冰菜高质量基因组为研究植物耐盐碱及高效固碳 分子机制提供重要遗传基础！

冰菜（Mesembryanthemum crystallinum）属于石竹目番杏科日中花属，原产非洲南部沙漠地区，现在世界多地广泛栽培。冰菜叶表覆有包含盐分的透明液体的隆起，具有极强的耐旱及盐碱能力。冰菜营养丰富，口感清脆，自身带微咸味，可生食，具有很高的营养价值。冰菜是典型的盐生植物，且属于C3和景天酸代谢（CAM）兼性植物，被学术界普遍认为是研究C3向CAM转变机制的理想模式物种。

近日，华北理工大学生命科学学院青年教师宋小明在植物学领域国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（影响因子13.263）发表了题为“High-quality ice plant reference genome analysis provides insights into genome evolution and allows exploration of genes involved in the transition from C3 to CAM pathways”的研究论文。该研究利用最新的Pacbio_HiFi、Hi-C等测序技术和生物信息学分析方法，获得了一个高质量的染色体级别的冰菜基因组。

该研究解析了一个高质量的染色体水平的冰菜基因组序列。基因组总长377.97Mb，其中98.05%的序列锚定在9条染色体上，N50长度高达40.45 Mb。在冰菜中鉴定到24234个基因，近一半的基因组（48.04%）由重复序列组成。继在真双子叶植物中发生的古代全基因组三倍化（WGT）之后，在冰菜中没有发现额外的全基因组复制（WGD）或WGT事件。

研究进一步利用获得的高质量冰菜基因组序列，进行了系统的比较基因组学分析。将冰菜基因组与其他9个石竹目物种、葡萄、拟南芥和水稻进行比较分析，鉴定13个物种全基因组范围的基因家族，并基于单拷贝基因构建了物种树，确定了冰菜在系统发育树中的位置。同时进行了冰菜基因组与其他9个石竹目物种和葡萄的共线性分析，构建物种间的基因组联合比对图谱，探究了基因组中共线性基因在物种进化过程中的丢失及保留情况。

结合转录组和基因组数据，构建了一个全面的冰菜CAM代谢调控网络，确定了参与CAM通路的关键基因（图2）。为深入探究C3到CAM代谢途径转变机制奠定了坚实的基础。CAM植物固碳性要远大于C3和C4植物，而冰菜在盐胁迫下由C3向CAM途径转变，是很好的研究C3向CAM转变机制的模式植物。响应“碳中和”发展战略，未来可基于鉴定的关键基因，借助基因编辑等分子技术开发固碳性强的材料。同时，冰菜具有极强的耐盐碱能力，可借助该基因组挖掘相关基因，借助分子手段加快培育耐盐碱品种，提升盐碱地的利用率。因此，该研究也为冰菜乃至其他作物的耐盐碱研究提供了丰富的基因资源。

作为番杏科第一个解析的基因组，该研究为全面地进行冰菜和其他植物的比较和功能基因组学研究提供了丰富的组学数据资源。同时也为探究C3到CAM途径转变机制以提高作物产量和抗性奠定了很好的基础。

华北理工大学生命科学学院硕士研究生沈绍琴和青年教师李楠为论文共同第一作者，青年教师宋小明为通论作者。此外，课题组和合作单位的多位教师和学生也参与了该项研究工作。本研究得到了河北省杰出青年基金、国家自然科学基金、河北省自然科学基金和中国博士后科学基金特别资助等项目的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1111/pbi.13892

转自：植物生物技术Pbj

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