水葫芦(Eichhornia crassipes)染色体水平基因组揭示其入侵性分子机制

编辑推荐：为解决水葫芦全球入侵的生态与分子机制问题，中国科学院团队通过整合MGI短读长、PacBio HiFi和Hi-C测序技术，构建了首个染色体水平的水葫芦基因组(1132.2 Mb，N50达69.84 Mb)，锚定16条假染色体并注释57,683个蛋白编码基因。该研究为解析其快速生长与适应性进化提供了关键基因组资源，对入侵物种防控策略开发具有重要意义。

　　 水葫芦(Eichhornia crassipes)因其绚丽的紫色花朵常被作为观赏植物引入各地，却因其惊人的繁殖能力和适应性成为全球最恶性的水生入侵物种之一。它通过覆盖水面阻塞航道、改变水体生态，被世界自然保护联盟(IUCN)列为百大危险入侵生物。尽管已有研究关注其繁殖生态与异型花柱遗传机制，但驱动其爆发性入侵的分子基础仍不明确。随着基因组学技术的发展，高精度参考基因组成为解析生物入侵机制的关键工具。例如，恶性杂草大薸(Pistia stratiotes)的基因组揭示NBS-LRR基因家族扩张可能助长其入侵性。然而，此前水葫芦基因组仅停留在 scaffold水平，缺乏染色体尺度组装，限制了其分子机制研究。

为解决这一瓶颈，中国科学院武汉植物园的Qian ZH等研究人员联合采用多组学技术，对采自武汉植物园的四倍体水葫芦样本(2n=4x=32)进行全基因组解析。通过流式细胞术和k-mer分析预估基因组大小约1130-1184 Mb后，结合MGI短读长(119.48 Gb)、PacBio HiFi长读长(37.01 Gb，平均15.4 kb)和Hi-C数据(122 Gb)，利用Hifiasm和Purge_dups完成初步组装，再通过3D-DNA和Juicebox将90.47%序列锚定至16条假染色体，形成两个亚基因组(Subgenome A:468.72 Mb；Subgenome B:555.64 Mb)。

数据描述 基因组质量评估显示，BUSCO完整性(亚基因组A/B分别为80.9%/87.5%)、LTR组装指数(LAI=12.32)和共识质量值(QV=48.91)均优于既往版本。重复序列占比57.39%，通过整合从头预测、同源比对和七种组织的RNA-seq数据，共注释57,683个蛋白编码基因，其中56,332个获得KEGG/GO/NR等数据库功能注释。

局限性 当前版本存在71个缺口，未来可通过纳米孔超长读长提升至T2T水平。尽管BUSCO略低于前期研究(84.2% vs 87.4%)，但LAI和QV的提升证实了组装的可靠性。

该研究首次提供水葫芦染色体水平基因组，揭示其四倍体起源和亚基因组分化特征，为后续比较基因组学与入侵适应性研究奠定基础。例如，亚基因组间基因数量差异(Subgenome A:25,445；Subgenome B:27,992)可能反映其多倍化后的功能分化。此外，高重复序列含量与NBS-LRR等基因家族的扩张分析，将有助于解析其抗病性与环境适应机制。这项成果发表于《BMC Genomic Data》，为全球水葫芦防控提供了分子层面的理论支撑。