假俭草[Eremochloa ophiuroides (Munro) Hack.]属于禾本科黍亚科蜈蚣草属,起源于我国中部和南部地区,是国际上公认的以耐瘠薄、病虫害少及养护水平低而著称的中国最好的暖季型草坪草,所以又称之为“中国草坪草”,亦称“懒人草”和“穷人草”。随着全球水资源和能源的日益紧张以及人们环保意识的不断增强,质地适中、适应性强及养护水平低的假俭草种质资源越来越受到人们的重视和发掘利用。到目前为止,假俭草已广泛应用于美国东南部、澳洲东部和中国长江以南地区。然而,到目前为止,假俭草核基因组研究未见报道。

  为了更深刻地认识和充分发掘利用起源于我国这一宝贵的乡土草种,江苏省中国科学院植物研究所草业研究中心在前期构建假俭草国家种质库和核心库、分子标记遗传图谱以及高效的遗传转化体系基础上,以我所自主选育且广泛推广应用的假俭草国审品种—‘赣北’假俭草为材料,利用PacBio、BioNano和Hi-C技术组装了一个高质量的假俭草参考基因组,并成功将867.43Mb的基因组挂载到了9条染色体上,Scaffold N50达到86.05 Mb。该基因组共注释出36,572个基因。假俭草与高粱亲缘关系最近,大约在16.8Mya年前出现分化。假俭草、谷子和狗牙根均为9条染色体,但是染色体结构形成不同。水稻染色体结构形成之后,发生了两种染色体融合事件:一为祖染色体A2和A10、A6和A9发生了融合,形成了狗牙根和结缕草的亚祖染色体,该亚祖染色体又发生了一次A1和A12染色体的融合和A4染色体的易位,形成了狗牙根的9条染色体结构;二为祖染色体A3和A10、A7和A9发生了融合,形成了高粱、假俭草和谷子的亚祖染色体,之后该亚祖染色体发生了一次A5和A12染色体的融合和A2染色体的倒置,形成了谷子的9条染色体结构,此外该亚祖染色体发生了一次A6和A12染色体的融合和A1染色体的倒置,形成了假俭草的9条染色体。假俭草的匍匐生长特性可能与其2号染色体上的PROG1同源基因扩张有关,拟南芥转基因显示,超表达EoPROG1EoPROG2均导致了茎数目增多,茎角度变大的表型,与水稻中的表型一致。该研究结果表明,EoPROG1EoPROG2基因可能为调控假俭草匍匐生长特性的关键基因。

  上述研究结果近日以“A high-quality chromosome-scale assembly of the centipedegrass [Eremochloa ophiuroides (Munro) Hack.] genome provides insights into chromosomal structural evolution and prostrate growth habit”为题发表于农林科学一区期刊Horticulture Research(IF=6.793)。草业研究中心王晶晶助理研究员和诺禾致源公司訾海玲为论文共同第一作者,李建建副研究员和宗俊勤副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(31902060、31771870、31902046、32072608)、江苏省自然科学基金(BK20180315、BK20200288)、江苏省农业自主创新资金项目(CX(20)3141)和江苏省植物资源研究与利用重点实验室开放基金(JSPKLB201840、JSPKLB201817、JSPKLB201927)的资助。

  该论文详细信息见https://www.nature.com/articles/s41438-021-00636-6

图1 假俭草表型与比较基因组分析

图2 假俭草、水稻、高粱、谷子、狗牙根和结缕草的染色体结构模型

图3 EoPROG1EoPROG2基因超表达拟南芥表型观察与统计