近日，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所肥料及施肥技術團隊完成首個豆科綠肥紫云英染色體水平參考基因組組裝，為紫云英分子育種和遺傳改良提供了信息資源。利用比較基因組學解析紫云英共生結瘤的遺傳基礎，為豆科植物與根瘤菌共生提供了新的見解。相關研究成果發表在國際植物科學期刊《Plant Communications》上。
紫云英（ Astragalus sinicus ）又名紅花草、翹搖等，原產于中國，屬于豆科黃耆屬作物。主要分布于中國、韓國、日本等東亞國家，是我國南方最重要的綠肥作物/覆蓋作物。利用冬閑稻田種植紫云英能夠增產節肥、合理利用光熱資源及改善生態環境，是維持和提高稻田可持續生產力的有效手段。紫云英也可作為牧草、蜜源、蔬菜、中藥等綜合利用。由于缺乏基因組信息，紫云英的遺傳學及共生固氮研究遠落后于其他豆科作物。
研究團隊運用第三代PacBio、二代Illumina技術及高通量染色體捕獲技術進行全基因組測序，基因組全長595 Mb，Contig N50為1.41 Mb，Scaffold N50為78.42 Mb；有575 Mb基因組序列被定位到8條染色體上，掛載率高達96.66%?；蚪M中含有59.84%的重復序列，紫云英LTR的數量和長度明顯擴增，導致紫云英基因組擴增。在進化過程中，紫云英與蝶形花亞科共有的全基因組復制事件中保留了關鍵的共生結瘤基因。查耳酮合成酶（chalcone synthase, CHS）基因在紫云英等豆科物種中顯著擴增，且在紫云英根部富集表達，從空間上為紫云英成功結瘤提供了必要的類黃酮信號（圖1）。紫云英、苜蓿、大豆中R基因在根系中的表達高于根瘤，R基因在根系中的富集可能增強了根部的免疫，彌補共生過程中植物防御的減弱（圖2）。
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所常單娜博士為論文的第一作者，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所曹衛東研究員、中國農業科學院作物科學研究所賈繼增研究員和中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究員為論文的共同通訊作者。本研究得到財政部和農業農村部：國家現代農業產業技術體系（綠肥，CARS-22），中國農業科學院科技創新工程，國家作物種質資源庫綠肥分庫 （NCGRC-2021-19） 的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2021.100263
【引文方式】：Danna Chang, Songjuan Gao, Guopeng Zhou, Shuhan Deng, Jizeng Jia*, Ertao Wang*, Weidong Cao*. The chromosome-level genome assembly of Astragalus Sinicus and comparative genomic analyses provide new resources and insights for understanding legume-rhizobial interactions. Plant Communications. doi.org/10.1016/j.xplc.2021.100263
圖1參與類黃酮合成基因的進化。 A類黃酮化合物合成途徑。 B 紫云英不同組織種的類黃酮表達模式。 C 不同物種中 CHS 基因的系統發育樹。 D 紫云英和苜蓿中CHS 的共線性分析。
圖2 R基因的系統發育樹和表達模式。 A 紫云英中 R 基因的系統發育樹。 B R基因跨 CMV 組織的表達模式。 C 全基因組單拷貝基因的分歧率。 D R 基因的分歧率。
日期：2021-11-16
紫云英（ Astragalus sinicus ）又名紅花草、翹搖等，原產于中國，屬于豆科黃耆屬作物。主要分布于中國、韓國、日本等東亞國家，是我國南方最重要的綠肥作物/覆蓋作物。利用冬閑稻田種植紫云英能夠增產節肥、合理利用光熱資源及改善生態環境，是維持和提高稻田可持續生產力的有效手段。紫云英也可作為牧草、蜜源、蔬菜、中藥等綜合利用。由于缺乏基因組信息，紫云英的遺傳學及共生固氮研究遠落后于其他豆科作物。
研究團隊運用第三代PacBio、二代Illumina技術及高通量染色體捕獲技術進行全基因組測序，基因組全長595 Mb，Contig N50為1.41 Mb，Scaffold N50為78.42 Mb；有575 Mb基因組序列被定位到8條染色體上，掛載率高達96.66%?；蚪M中含有59.84%的重復序列，紫云英LTR的數量和長度明顯擴增，導致紫云英基因組擴增。在進化過程中，紫云英與蝶形花亞科共有的全基因組復制事件中保留了關鍵的共生結瘤基因。查耳酮合成酶（chalcone synthase, CHS）基因在紫云英等豆科物種中顯著擴增，且在紫云英根部富集表達，從空間上為紫云英成功結瘤提供了必要的類黃酮信號（圖1）。紫云英、苜蓿、大豆中R基因在根系中的表達高于根瘤，R基因在根系中的富集可能增強了根部的免疫，彌補共生過程中植物防御的減弱（圖2）。
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所常單娜博士為論文的第一作者，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所曹衛東研究員、中國農業科學院作物科學研究所賈繼增研究員和中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究員為論文的共同通訊作者。本研究得到財政部和農業農村部：國家現代農業產業技術體系（綠肥，CARS-22），中國農業科學院科技創新工程，國家作物種質資源庫綠肥分庫 （NCGRC-2021-19） 的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2021.100263
【引文方式】：Danna Chang, Songjuan Gao, Guopeng Zhou, Shuhan Deng, Jizeng Jia*, Ertao Wang*, Weidong Cao*. The chromosome-level genome assembly of Astragalus Sinicus and comparative genomic analyses provide new resources and insights for understanding legume-rhizobial interactions. Plant Communications. doi.org/10.1016/j.xplc.2021.100263
圖1參與類黃酮合成基因的進化。 A類黃酮化合物合成途徑。 B 紫云英不同組織種的類黃酮表達模式。 C 不同物種中 CHS 基因的系統發育樹。 D 紫云英和苜蓿中CHS 的共線性分析。
圖2 R基因的系統發育樹和表達模式。 A 紫云英中 R 基因的系統發育樹。 B R基因跨 CMV 組織的表達模式。 C 全基因組單拷貝基因的分歧率。 D R 基因的分歧率。
日期：2021-11-16
