▎药明康德内容团队编辑
600多种松柏植物（又称针叶树），是全世界森林生态系统的主角，它们广泛分布，适应了在极寒的恶劣环境下生长。油松（Pinus tabuliformis），就是一种典型的针叶树，主要分布在中国，一度被认为是中国特有物种，因此又称中国松（Chinese Pine）。
近日，顶尖学术期刊《细胞》上发表了一篇有关油松的研究论文。由北京林业大学钮世辉教授领衔的研究团队，联合瑞典、美国等多个国家的学者，首次完成了染色体规模的油松基因组组装，这一成果为我们理解针叶树适应性演化的关键特征提供了重要见解。
过去二十年随着测序技术的进步，人们已经解读出了很多物种的基因组信息，然而针叶树的基因组庞大而复杂，对于全世界的研究人员来说都是一块难啃的骨头。
研究作者在论文中介绍，油松的二倍体细胞有12对染色体，基因组大小超过25Gb（作为对比，人体基因组的大小约为3Gb）。巨大的基因组中，高度重复的序列占了70%~80%，这种特点令人费解，也给正确组装基因组带来了障碍。
▲油松等针叶树具有巨大的基因组（图片来源：参考资料[1]）
而在此次研究中，科学家们通过优化基因组组装和注释的策略解决了这些问题，包括使用大规模RNA测序数据来帮助基因鉴定。《细胞》杂志强调，这项结果也是迄今为止在染色体水平组装的最大的裸子植物基因组。
研究结果发现，油松的超大基因组不仅因为基因之间的间隔很长，而且基因区域被大量内含子拉长，有些内含子长度大于20kb，其中包含了大量转座子。这种特点是过去在被子植物基因组的测序结果中极少看到的。
研究人员还发现，转座子的大量插入虽然导致基因组扩增，但没有像在被子植物中常见的那样阻碍基因的正常表达。与预期相反，插入了大量内含子的超长基因还倾向于表现出更高的表达活性。而抑制转座子活性的监管系统则依靠强大的DNA甲基化水平。研究人员指出，油松具有的DNA甲基化水平在迄今报道过的植物中是最高的。
▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）
除了上述特点外，研究人员还从油松的基因组中发现了针叶树适应寒冷干旱等条件的奥秘。油松的基因超过90%发生了复制，其中显著扩张的基因家族主要与胁迫反应有关，这意味着基因复制带来的冗余可能赋予了针叶树对环境有更强的适应性。
获得了油松近乎完整的基因组和基因空间注释，还让研究人员对油松之所以富产松脂、生长发育过程中幼年特别长等特点在基因层面上获得了许多新的见解。
▲本研究第一作者和通讯作者钮世辉教授（右四）带领团队进行油松新品种嫁接（图片来源：参考资料[2]）
研究人员总结说，这些结果为针叶树特异的生长发育、适应性、基因组演化研究以及高效遗传改良奠定了重要的基础，也为更全面理解植物各异的演化机制提供了被子植物以外新的视角。
参考资料：
[1] Shihui Niu et al., (2021) The Chinese pine genome and methylome unveil key features of conifer evolution. Cell Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.006
[2] 我校教师钮世辉团队研究成果发表于《细胞》 Retrieved Jan. 6, 2022, from http://m.bjfu.edu.cn/blxw/388023.html
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