近日，林学与风景园林学院陈曙团队在The Plant Journal期刊发表题为“The chromosome-level genome of Stylosanthes guianensis provides insights into genome evolution and environmental adaptation”的论文。该研究成功完成首个圭亚那柱花草染色体水平基因组组装，从基因组、转录组及表观遗传组多维度解析其抗逆分子机制，为热带牧草分子育种与抗逆研究提供关键理论支撑与基因资源。作为我国南方重要的豆科牧草，圭亚那柱花草有着“热带苜蓿”的美誉，而“北有苜蓿，南有柱花草”草业格局的逐步形成，更凸显了其在我国草地畜牧业与生态农业系统中的核心地位。
圭亚那柱花草是热带、亚热带地区的优良豆科牧草，不仅营养价值高、适口性好，还具备固氮改土、抑制杂草等多重生态功能，在我国南方红壤区、热带亚热带草地畜牧业发展中占据不可替代的地位。其“热带苜蓿”的称号，既体现了与北方苜蓿同等重要的饲用价值，也凸显了其适配南方气候土壤条件的独特优势，完美契合“北有苜蓿，南有柱花草”的产业布局定位。然而长期以来，高质量基因组的缺乏严重制约了其功能基因组学研究与分子遗传改良进程，无法满足南方草地畜牧业对优质抗逆牧草品种的迫切需求。
研究团队整合Nanopore长读长测序、Illumina短读长测序与Hi-C测序技术，成功构建了圭亚那柱花草染色体级参考基因组。组装结果显示，该基因组大小为1.254Gb，包含10条假染色体，重复序列占比高达79.16%。结合Nanopore全长转录组测序，团队进一步构建了转录本数据库，注释获得36585个基因与110601条转录本。比较基因组学分析中，发现圭亚那柱花草与同属的狭叶柱花草染色体数目相同，但圭亚那柱花草基因组大小是狭叶柱花草的两倍，这种差异主要源于重复序列的差异化积累。结合比较转录组分析，发现类黄酮代谢通路是其应对多重逆境的关键通路。在锰胁迫、低磷、盐胁迫、低温及炭疽病侵染等不同逆境条件下，类黄酮合成通路中的关键基因呈现特异性表达。R2R3-MYB转录因子的S6、S7亚家族成员与类黄酮合成基因共表达，推测其通过调控类黄酮代谢参与低温适应，这一发现为解析植物抗逆调控网络提供了新视角。
借助构建的转录本数据库，团队还发现了低温胁迫下的独特调控机制：低温可特异性诱导4-香豆酸辅酶A连接酶基因（Sg4CL3）上调表达，并触发外显子跳跃事件，导致AMP结合酶功能结构域缺失；同时低温显著增加Sg4CL3基因的甲基化位点密度。推测：低温通过诱导Sg4CL3基因的复杂甲基化模式，同时调控前体mRNA的可变剪接加工与转录本稳定性，形成“转录-可变剪接-表观修饰”多层次协同的低温响应机制，为解析植物表观遗传调控抗逆的分子逻辑提供了新线索。
林学与风景园林学院硕士研究生何亮亮为论文第一作者，林学与风景园林学院陈曙副教授为通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广州市科技计划等项目的资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1111/tpj.70505
文图/林学与风景园林学院
