《Genomics》：Haplotype-resolved genome assembly of
Musella lasiocarpa reveals the critical role of structural variations in chromosomal and genome evolution
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本研究针对濒危物种地涌金莲（Musella lasiocarpa, MLA）的基因组进化与抗寒机制展开，通过PacBio HiFi、ONT长读长测序与Hi-C技术，首次完成其单倍型分辨、端粒到端粒的高质量基因组组装（基因组大小约503.6 Mb，重复序列占比52.8%）。研究鉴定出134 bp的着丝粒重复序列Mlcen、45S/5S rDNA分布及冷胁迫响应基因，并通过比较基因组学揭示MLA与Ensete、Musa的进化关系（分化时间约42–57 Mya）。该组装为揭示结构变异（SV）、重复序列动态及其在香蕉、象腿蕉等作物抗逆育种中的价值提供了关键资源。
地涌金莲（Musella lasiocarpa）是分布于中国云南、四川等西南高海拔地区的珍稀观赏兼饲用植物，也是芭蕉科（Musaceae）中耐寒性突出的物种。然而，其基因组信息长期缺失，限制了对其染色体进化、抗逆机制及物种多样性的深入解析。为解决这一问题，研究人员利用PacBio HiFi、牛津纳米孔（ONT）长读长测序结合Hi-C技术，首次完成了地涌金莲的单倍型分辨、端粒到端粒基因组组装，获得大小分别为500.05 Mb（MLAh1）和498.37 Mb（MLAh2）的两套单倍型基因组，覆盖度超过99%，BUSCO完整性评估达98%以上。该成果发表于《Genomics》，为芭蕉科植物基因组进化、抗寒基因挖掘及作物改良提供了高精度参考基因组。
关键技术方法包括：基于PacBio HiFi和ONT长读长测序（测序深度62–204×）进行初步组装，辅以Hi-C数据构建染色体级别支架；利用RepeatMasker、EDTA等软件注释重复序列；采用RNA-seq辅助与同源比对策略完成基因结构预测；通过OrthoFinder、MCScanX等工具开展比较基因组与共线性分析；结合荧光原位杂交（FISH）验证着丝粒、端粒及rDNA位点分布；对低温处理（15°C，48 h）样本进行转录组测序，筛选差异表达基因。
2.1. De novo单倍型分辨基因组组装
研究成功构建了MLA的两套单倍型基因组（MLAh1和MLAh2），各包含9条伪染色体，长度在40.91–59.46 Mb之间。通过同源比对确定染色体身份与方向，并以contig N50更优的MLAh1作为参考基因组。
2.2. 基因组组装质量评估
组装完整性高，着丝粒区域鉴定出134 bp串联重复序列Mlcen（与Ensete glaucum的Egcen同源性达98%），36个染色体末端中30个检测到端粒序列。Hi-C互作图谱显示清晰的对角线信号，证实组装准确性。
2.3. 基因注释与表达分析
2.3.1. 基因预测与功能注释
在MLAh1和MLAh2中分别注释到35,387和35,237个蛋白编码基因，其中约94%的功能获得注释。基因密度在着丝粒附近较低，向染色体末端递增。
2.3.2. 基因家族扩张与收缩
与13种单子叶植物比较发现，MLA中154个基因家族（涉及1618个基因）显著扩张，162个家族（346个基因）收缩。扩张基因富集于“光合作用/光反应”通路。
2.3.3. 冷处理下的差异基因表达
低温胁迫下，地涌金莲两个变种（黄苞和红苞）分别鉴定出3151和3726个差异表达基因（DEG），其中88个基因共同上调，1470个共同下调。上调基因富集于环境适应与DNA修复通路，下调基因主要参与光合作用等基础代谢过程。鉴定出48个差异表达转录因子（如CBF、ERF、WRKY等），构成冷应答核心调控模块。
2.4. 单倍型间共线性与结构变异
染色体末端区域共线性高，而近着丝粒区域因重复序列积累存在大量结构变异（倒位、易位、重复）。45S rDNA位点位于MLA06和MLA08末端，与MuTR串联重复共定位。
2.5. 重复序列分析
2.5.1. 反转座子
LTR反转座子占比34.40%，其中Copia（14.5%）和Gypsy（11.9%）为主。插入时间分析显示近期（0.46 Mya）和古老（3 Mya）两次爆发。
2.5.2. 端粒
30个染色体末端检测到端粒序列（TTTAGGG）n，但rDNA相邻末端在组装中部分缺失，FISH证实其存在。
2.5.3. 着丝粒
Mlcen为GC含量46.6%的134 bp单体，占基因组2.33%，其阵列在部分染色体被基因或反转座子打断。
2.5.4. rDNA
5S rDNA位于MLA05右臂，呈两段分离阵列；45S rDNA位于MLA06和MLA08末端，单体长8347 bp，含退化MuTR重复。
2.6. 共线性与核型进化
MLA与Ensete glaucum（EGL）共线性高，但与Musa acuminata（MAC, x=11）存在大量重排。系统发育分析表明，MLA与Ensete约在42 Mya分化，二者共同在57 Mya前与Musa分离。
研究结论强调，地涌金莲单倍型基因组揭示了结构变异（SV）和重复序列动态在驱动染色体进化、抑制重组及促进物种分化中的关键作用。其抗寒相关基因（如CBF途径转录因子）为香蕉、象腿蕉等作物的抗逆育种提供了候选靶点。该高质量基因组资源不仅深化了对芭蕉科植物基因组结构的认识，也为利用野生种质改良栽培品种的耐寒性、抗病性奠定了理论基础。
