全球性中心硅藻Skeletonema属基因组草图解析：揭示其生态优势与进化机制

本研究针对全球沿海生态系统中广泛分布且具有重要生态功能的中心硅藻Skeletonema属，通过混合测序技术完成了9个物种11个株系的基因组组装与注释。研究人员利用Illumina短读长和Nanopore长读长测序技术，构建了总长度40.3-69.3 Mbp的基因组草图，N50支架达0.35-1.09 Mbp，预测蛋白编码基因15,275-21,376个，并首次系统解析了其叶绿体（127.0-127.4 Kbp）和线粒体（36.1-41.4 Kbp）完整基因组。研究揭示了重复序列（11.0-41.1%）与核心基因组大小的相关性，为理解该属物种的广布性、快速进化及藻华形成机制提供了分子基础，相关数据发表于《Scientific Data》。

　　

在浩瀚的海洋生态系统中，有一类微小却至关重要的生物——硅藻（diatoms）。这些单细胞真核微藻虽然个体微小，却贡献了全球高达25%的海洋初级生产力，堪称海洋中的"隐形巨人"。其中，Skeletonema属作为中心硅藻的代表，凭借其广泛的分布范围和强大的繁殖能力，成为沿海水域藻华形成的主要"肇事者"。然而，这个生态关键类群的基因组特征却长期笼罩在迷雾中，制约着对其生态优势形成机制的深入理解。

日本水产研究与教育机构横滨分部的Satoshi Nagai团队联合多国科研力量，首次对Skeletonema属9个物种11个株系进行了系统性基因组解析。研究人员采用创新的混合测序策略，结合Illumina短读长和Nanopore长读长技术，构建了高质量的基因组草图。令人振奋的是，这些基因组不仅揭示了该属物种独特的遗传特征，更为破解其"全球霸主"地位的分子密码提供了关键线索。这项突破性成果已发表于《Scientific Data》期刊。

研究团队运用了三大核心技术：1）基于KMC v3.2.0和GenomeScope v2.0的基因组特征预测；2）采用MaSuRCA v4.0.8和HaploMerger2 v20180603的混合组装流程；3）通过BRAKER2 v2.1.6整合RNA-Seq数据的基因预测。样本来源于日本、越南、台湾和瑞典等地的藻华水体，经单链分离培养获得11个纯系株系。

【基因组特征】

通过Smudgeplot分析确认营养细胞为二倍体状态，基因组大小估测为43.3-85.5 Mbp。最终组装的单倍体基因组长度40.3-69.3 Mbp，GC含量稳定在44.7-45.6%。BUSCO评估显示90-98%的Stramenopiles保守基因被完整保留，证实了数据的可靠性。

【重复序列特征】

研究发现重复序列占比高达11.0-41.1%，其中56-78%为未分类元件。特别值得注意的是，核心基因组大小（去除重复序列后）与蛋白编码基因数呈显著正相关，而全基因组大小的变异主要源于重复序列的差异。

【细胞器基因组】

完整组装的叶绿体基因组（126.9-127.4 Kbp）和线粒体基因组（36.1-41.4 Kbp）显示保守的基因组织结构，但线粒体非编码区存在显著变异。

这项研究构建了迄今最完整的Skeletonema属基因组资源库，其科学价值体现在三个维度：首先，为理解硅藻的物种形成（speciation）和功能进化提供了分子框架；其次，重复序列与核心基因组的发现重新定义了硅藻基因组结构的认知；最后，这些数据将成为研究藻华动态、生物地理分布和碳循环过程的重要基石。正如研究者所言，这些基因组就像"打开海洋硅藻奥秘的金钥匙"，将推动从分子生态学到全球变化生物学等多学科领域的发展。