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NC|中国科学院武汉植物园联合多家科研单位发布莲属植物T2T基因组并结合832份全球莲属种质重测序数据开发多组学数据库

2026-08-27 11:19:11

莲是经第四纪冰川期的孑遗物种，素有“植物活化石”之称，隶属于被子植物基部类群，是被子植物中起源最早的种属之一。其兼具观赏、食用、药用及生态调节等多重价值，在亚洲文化中占据着独特地位。然而，高质量参考基因组的缺乏长期制约着其驯化历史解析和分子育种进程。

2026年7月24日，《Nature Communications》在线发表了中国科学院武汉植物园杨美研究团队联合国内多家科研单位，题为“Two telomere-to-telomere Nelumbo genome assemblies reveal domestication history and empower precision breeding”的研究论文。该研究首次实现了莲属现存两个种，亚洲莲（Nelumbo nucifera）和美洲黄莲（Nelumbo lutea），端粒到端粒（T2T）完美基因组组装，并结合832份全球莲种种质资源的重测序数据，系统揭示了莲属植物的物种分化、驯化历史以及关键农艺性状的遗传调控机制，同时开发智慧育种模型（PFMGP）并搭建莲多组学基因组平台（NMGP），为莲精准育种与产业发展提供重要支撑。

l研究结果

1.绘制莲属T2T完美基因组图谱

研究人员整合了PacBio HiFi长读长、Oxford Nanopore超长读长和Hi-C等多项前沿测序技术，成功构建了亚洲莲（815.22 Mb）和美洲黄莲（838.46 Mb）的完整基因组图谱，首次实现了所有染色体从端粒到端粒的无缺口覆盖。

新组装的基因组不仅完整注释了26,773个（亚洲莲）和34,118个（美洲黄莲）高置信度蛋白编码基因，更关键的是，着丝粒、端粒等高重复序列区域被完全解析。研究发现，亚洲莲和美洲黄莲的着丝粒区域在序列组成上存在显著差异：亚洲莲着丝粒中长末端重复（LTR）反转录转座子占比高达88.7%，而美洲黄莲中卫星重复序列的比例则明显更高。两个物种大约于1510万年前发生分化。

图1.亚洲莲和美洲黄莲的T2T基因组组装、比较基因组和进化分析

2.结构变异：揭示物种分化的“基因组重排”

尽管两种莲在染色体水平上高度共线性，但比较基因组分析仍然鉴定出14.5万余个结构变异（SV），包括插入、缺失、倒位、重复和易位等。其中，插入变异是导致美洲黄莲基因组大于亚洲莲的重要原因，这些插入片段高度富集转座子序列。生长素是调控植物株高和器官发育的关键激素，研究人员在亚洲莲基因组中发现了两个携带生长素响应基因的结构变异区域，这些结构变异可能是亚洲莲与美洲黄莲在植株形态上产生显著差异的遗传基础之一。

图2. NNU和NLU基因组中结构变异（SVs）与着丝粒区域的全基因组景观

3.群体遗传学：低纬度亚洲地区是亚洲莲的扩散中心

基于832份全球莲种质资源的重测序数据，研究团队构建了莲属植物高精度群体遗传图谱。群体结构分析将莲种质划分为五个类群：三个亚洲莲生态型（A1、A2、A3）、美洲黄莲与亚洲莲杂交类群（A4）以及美洲黄莲（A5）。研究发现，亚洲莲的遗传多样性呈现出明显的纬度梯度，支持热带亚洲地区是亚洲莲的扩散中心，随后逐步向北扩张。后续的气候适应和种间基因流可能促进了生态多样化，并形成了亚洲莲生态型当前的分布格局。群体遗传学分析进一步显示，美洲黄莲经历了严重的历史瓶颈效应，遗传多样性远低于亚洲莲。