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为解决粮食安全问题，研究人员对节节麦（Aegilops mutica）进行基因组组装，为小麦育种提供资源。
研究背景：粮食安全的挑战与野生小麦近缘种的潜力
在全球人口不断增长、气候变化以及资源有限的大背景下，粮食安全成为了一个日益严峻的问题。小麦作为重要的主食作物，提高其产量和抗性迫在眉睫。而野生小麦近缘种如节节麦（Aegilops mutica），蕴含着丰富的遗传变异和有益等位基因，为小麦的遗传改良提供了宝贵的资源。
长期以来，节节麦的分类地位存在争议，曾被排除在山羊草属（Aegilops）之外。但近年来研究发现，它与Ae. speltoides关系密切，并且许多二倍体山羊草物种可能起源于涉及节节麦的古老杂交事件。节节麦已在小麦预育种计划中得到广泛应用，可增强小麦的遗传多样性，提升小麦在抗病性和谷物品质等方面的性能。
然而，由于节节麦是异交物种，序列杂合度高，之前已发表的两个节节麦 T 基因组的重叠群水平组装在完整性、连续性和准确性上存在不足。因此，获得高质量、染色体水平的节节麦基因组组装对于深入挖掘其遗传潜力，推动小麦育种工作具有重要意义。
研究团队与研究内容
英国诺丁汉大学（University of Nottingham）等机构的研究人员开展了相关研究。他们利用 HiFi reads 和 Omni-C 数据，对节节麦进行了染色体规模、单倍型解析的基因组组装，并对组装的基因组进行注释，旨在为小麦育种提供更有价值的遗传信息。该研究成果发表在《Scientific Data》上。
研究方法
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
- 测序技术：采集节节麦新鲜叶片组织，提取高分子量（HMW）DNA，进行 PacBio 长读长测序，同时制备 Omni-C 文库进行测序，还对不同组织的 RNA 进行提取，分别用于 mRNA 测序（RNA-Seq）和 Iso-Seq 。
- 基因组组装与注释：使用 hifiasm 软件在 Hi-C 模式下对 HiFi reads 进行组装，再利用 Omni-C reads 进行脚手架搭建，通过手动校正等步骤获得高质量基因组组装。基因注释则采用与小麦野生近缘种提莫菲维小麦（Triticum timopheevii）类似的方法，使用 REAT - Robust and Extendable eukaryotic Annotation Toolkit 等工具进行。
- 数据分析工具：利用多种工具对测序数据进行清洗、对基因组组装质量进行评估，如 BUSCO 评估基因组完整性、Merqury 评估组装一致性和完整性等。
研究结果
- 基因组组装：最终得到两个单倍型的基因组组装，单倍型 1 长度约为 4.65 Gb，单倍型 2 长度约为 4.56 Gb 。组装的 contig N50 分别达到约 4.35 Mb 和 4.60 Mb ，scaffold N50 分别为约 639.72 Mb 和 636.61 Mb 。大部分序列能分配到 7 条 T 基因组染色体上，细胞器基因组也成功组装。
- 基因注释：预测出 96,723 个基因模型和重复序列。通过多种方法整合不同来源的证据，对基因进行分类和注释，还进行了功能注释，发现了 1060 个与植物免疫系统密切相关的核苷酸结合富亮氨酸重复序列（NLRs）基因模型，这些基因在染色体远端区域富集。
- 基因组比较与变异分析：通过全基因组比对，发现两个单倍型基因组之间存在良好的共线性，同时也检测到大量的序列和结构变异，包括单核苷酸多态性（SNPs）、插入、缺失、易位和倒位等。
研究结论与意义
该研究成功完成了节节麦染色体水平单倍型解析的基因组组装和注释，为小麦育种界提供了宝贵的资源。这一成果有助于加速小麦的预育种工作，通过挖掘节节麦中的有益基因，培育出更高产、更具抗性的小麦品种，从而增强全球粮食安全。此外，新的基因组资源为不同山羊草物种的比较基因组学研究奠定了基础，有助于进一步探索小麦野生近缘种的遗传奥秘，为未来的基因发现和作物改良提供有力支持。
总之，这项研究在小麦遗传改良领域迈出了重要一步，为解决粮食安全问题提供了新的思路和途径。
