IR64作為南亞及東南亞地區(qū)廣泛種植的優(yōu)良秈稻品種和核心育種親本，在水稻基因組學(xué)研究中具有重要價(jià)值。盡管目前已發(fā)布多個(gè)IR64高質(zhì)量基因組組裝版本，但均存在不同程度的缺口(gap)，尤其集中在高重復(fù)序列區(qū)域。相較于已實(shí)現(xiàn)完整端粒到端粒(telomere-to-telomere, T2T)組裝的粳稻代表品種日本晴(Nipponbare, NIP)和中花11(Zhonghua 11, ZH11)，以IR64為代表的秈稻品種仍缺乏完整、無(wú)缺口的T2T組裝，這在一定程度上限制了對(duì)秈稻基因組結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性解析及其在育種中的深入應(yīng)用。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院黎珉副教授、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)崔彥茹副教授團(tuán)隊(duì)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所王文生研究員合作題為“

Complete genome assembly of the Xian rice variety IR64 as a valuable source in genomics and breeding research

該研究綜合利用Oxford Nanopore、PacBio HiFi超長(zhǎng)測(cè)序與Hi-C染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)，最終組裝的基因組大小394.5 Mb，contig N50為32.2 Mb，基因組BUSCO評(píng)估99.57%，組裝質(zhì)量評(píng)估錯(cuò)誤率約為0.0025%。不僅完整解析了其著絲粒及端粒結(jié)構(gòu)，還揭示了IR64在亞熱帶地區(qū)廣泛適應(yīng)性的遺傳基礎(chǔ)：包括與脅迫響應(yīng)相關(guān)的基因家族擴(kuò)張事件和32個(gè)特異基因家族(富集于肽酶活性與離子結(jié)合功能)的存在。研究還鑒定到大量潛在新發(fā)結(jié)構(gòu)變異(SV)，并以T2T-IR64為參考，在33個(gè)水稻參考基因組中觀察到101個(gè)重要功能基因在啟動(dòng)子區(qū)與編碼區(qū)存在相近的高單倍型多樣性。此外，IR64的三維基因組也呈現(xiàn)出獨(dú)特的構(gòu)型，為理解其基因組結(jié)構(gòu)提供了新視角。該研究所有基因組數(shù)據(jù)與注釋結(jié)果均已通過(guò)在線數(shù)據(jù)庫(kù)(http://t2t-ir64.genomedb.org.cn/)開(kāi)放共享。

T2T-IR64基因組組裝及結(jié)構(gòu)比較

A：T2T-IR64組裝特征示意圖；B：T2T-IR64的基因組特征Circos圖；C–E：T2T-IR64相對(duì)先前組裝版本的染色體長(zhǎng)度差異、填補(bǔ)的缺口區(qū)域和新增序列的類型分布；F：34個(gè)水稻參考基因組的泛基因家族分析(中心和外圈分別代表核心基因家族和特有基因家族)；G：34個(gè)水稻參考基因組中與脅迫適應(yīng)相關(guān)的六個(gè)基因家族的比較；H：T2T-IR64和T2T-NIP之間的共線性和結(jié)構(gòu)變異分布；I：T2T-IR64染色質(zhì)環(huán)Circos圖 (從內(nèi)到外依次為：染色質(zhì)環(huán)、基因密度和染色體)；J： T2T-IR64的三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)圖。

綜上所述，IR64完整基因組的成功組裝及系統(tǒng)性分析，為深入解析秈稻基因組結(jié)構(gòu)變異、進(jìn)化適應(yīng)性與重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳基礎(chǔ)提供了關(guān)鍵參考，對(duì)推動(dòng)水稻基因組設(shè)計(jì)育種具有重要意義。

作者簡(jiǎn)介

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院黎珉副教授、碩士研究生盛婷婷、余林俊為該論文的共同第一作者。黎珉副教授、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)崔彥茹副教授和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所王文生研究員為共同通訊作者。相關(guān)工作得到安徽省自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新項(xiàng)目等資助。