茭白（Zizania latifolia）是我国长江流域起源的特有水生蔬菜作物，为江南地区著名的“水八珍”之一。茭白的祖先种为菰，其表型性状与亚洲栽培稻极其相似，能够正常开花结实产生可食用的菰米（图1）。

图1 菰部分表型性状的形态：a. 菰的花序；b. 野生茭白（菌瘿）；c. 菰种子；d. 菰米（菰种子去颖壳）

菰被菰黑粉菌（Ustilago esculenta）感染后，其部分分蘖的顶端分生组织会停止生长，转而在寄生真菌的作用下形成膨大的菌瘿（图1b，图2）。这一现象被古人发现并加以利用驯化，形成了如今的水生蔬菜作物茭白。茭白的驯化可能涉及到人类对植物-真菌复合体的选择作用，然而目前我们对于这一特殊的驯化过程还缺乏足够了解。尽管菰的染色体水平参考基因组已发布，但对茭白全基因组的深入解析仍有不足。

图2 自然生境中被菰黑粉菌感染的菰植株。红色箭头指示正常发育形成花序的分蘖，黄色箭头示意被菰黑粉菌感染后正在膨大的菌瘿。

南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室戎俊研究员团队联合江西省中国科学院庐山植物园以及江西省林业科学院等单位的研究人员，建立了目前国内规模最大的菰/茭白种质资源圃。研究团队选取其中一个采集自浙江桐庐的茭白地方品种（TL），利用PacBio HiFi与HiC等测序技术首次获得了茭白染色体级别的近完整基因组图谱。该茭白基因组总大小约为578.42Mb，scaffold N50为34.71Mb，其中99.44%的序列被锚定到了17条染色体上（图3）。组装完成的基因组仅在7号染色体上存在一个缺口，大部分染色体端粒完整；共注释到276.82Mb的重复元件，占比基因组的47.59%。通过从头预测、转录组测序和同源基因比对共鉴定到39934个蛋白编码基因，并成功获得其中88.79%基因的功能注释信息。高质量的茭白基因组为后续解析茭白驯化过程中发生的基因组变异以及驯化性状形成的遗传机制奠定了基础。

图3 茭白的基因组组装与注释。a. 受试材料TL的田间表现；b. 组装基因组的染色体环状图（自外向内分别为GC含量、蛋白编码基因密度、重复序列密度、Gypsy-like元件分布、Copia-like元件分布以及染色体间共线性）

研究成果以“De novo assembly of a near-complete genome of aquatic vegetable Zizania latifolia in the Yangtze River Basin”为题，发表在国际期刊Scientific Data。南昌大学赵耀助理研究员为第一作者，南昌大学戎俊研究员与江西省林科院周成钏助理研究员为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金（32260091）、江西省自然科学基金（20212BAB205029）、南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室开放基金等项目资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41597-024-04220-0