Molecular Plant丨两个苜蓿T2T基因组解析着丝粒演化
华命生物目前已成功完成60+物种的T2T基因组组装，物种涵盖动物、植物、昆虫及同源和异源多倍体等疑难物种，已有多个合作项目在顶级期刊发表和接收，欢迎有需要的老师垂询。联系方式：18371456025。
豆科植物是全球重要的农作物，为人类和动物提供优质蛋白质与油脂来源。得益于其与固氮菌的共生关系，这类植物还能改良土壤氮素含量。蒺藜苜蓿A17和滨海苜蓿R108作为豆科遗传与生物学研究的经典模式植物，都相继公布了多个版本的参考基因组。但这些基因组仍存在诸多空缺区域，着丝粒结构特征亦有待解析。
7月25日，中国科学院遗传发育所的科研团队，在国际著名期刊《Molecular Plant》上面发表了标题为“Two complete telomere-to-telomere Medicago genomes reveal the landscape and evolution of centromeres”的研究论文，首次成功构建了蒺藜苜蓿A17和滨海苜蓿R108的T2T完整基因组组装。这些高质量基因组不仅为豆科植物功能基因组学研究提供了重要资源，同时为着丝粒生物学研究开辟了新的视角。
主要研究内容
作者通过整合PacBio HiFi测序数据（81×和113×）、ONT超长测序数据（137×和98×）以及Hi-C数据（101×和153×），通过系统性地采用hifiasm工具对不同数据组合进行从头组装，最终确定了各基因组的最优策略。初始组装后，A17遗留3个gaps，R108存在1个gaps。通过多种补洞策略后，最终成功获得0 gap、端粒到端粒（T2T）的完整基因组A17 v6.0和R108 v3.0。BUSCO完整度评估结果分别为99.19%和99.32%。两个组装均成功识别全部16个端粒。
利用蒺藜苜蓿CENH3 N端肽段抗体，作者在A17和R108中均检测到所有功能性着丝粒的特异性信号。通过ChIP-seq实验，作者精确划定了两个品系各染色体的核心着丝粒边界。有趣的是，尽管R108基因组更小，其功能性着丝粒（1.1–1.4 Mb）却比A17（0.9–1.3 Mb）更为庞大。
比较基因组点图分析揭示了A17与R108着丝粒序列组成和结构的显著差异。通过TRASH工具注释串联重复序列，发现A17着丝粒主要由两种卫星重复序列构成：CentM168（168 bp）和CentM183（183bp），而R108着丝粒则仅以CentM168为主。
此外，作者还鉴定出染色体特异的卫星重复，A17中CentM51富集于8号染色体着丝粒，R108中CentM515与CentM59特异性分布于2、3号染色体着丝粒，CentM287则仅见于3、6号染色体。这种混合卫星重复模式表明蒺藜苜蓿着丝粒序列正处于快速进化中。通过FISH实验，作者验证了这些卫星重复的精确定位。
另外在A17中CentM168位于核心着丝粒区，而CentM183则分布于活性着丝粒外围，但仅CentM168阵列显示CENH3富集峰。这种新型分布模式可能通过隔离核心着丝粒，保护其免受基因组重排或染色体断裂的影响。为验证这一发现，作者分析了9个蒺藜苜蓿类群94个品系的基因组重测序数据，发现CentM183仅存在于25个蒺藜苜蓿品系，在其他类群中完全缺失。A17与R108的着丝粒差异很可能反映了物种水平的分化。
LTR-RTs在植物着丝粒区域广泛分布。作者在A17和R108基因组中分别检测到1,169个和878个完整LTR-RTs，其中26个（A17）和50个（R108）特异性定位于着丝粒区。这些区域频繁出现片段化和嵌套式LTR插入，表明存在活跃的转座事件。通过插入时间分析发现，A17着丝粒内的LTRs比非着丝粒区更年轻，着丝粒区LTRs序列一致性显著高于外围区域，进一步佐证了这一结论。
图1：A17和R108T2T基因组以及着丝粒演化研究
结语
本研究首次完成了蒺藜苜蓿A17与滨海苜蓿R108的端粒到端粒（T2T）完整基因组组装，为豆科植物研究提供了高精度参考基因组。基于CENH3 ChIP-seq测序数据，作者系统解析了两种着丝粒的DNA重复序列特征，这些发现为着丝粒的形成机制和进化动力学研究提供了新视角。
华命生物全面汇总了动植物T2T基因组文章，包含130+已发表的植物T2T基因组文献合集和30+已发表动物T2T基因组文献合集，我们不仅有按照时间顺序排列好的所有文献原文资料包，也贴心的整理了每篇文章的研究物种、测序策略、组装水平、基因组大小等内容，关注华命生物，后台回复关键词：华命交流群,扫码添加工作人员微信，发送单位+名字，管理员验证通过后拉入群聊获取文本全部资料~
华命生物产品服务一览
华命生物目前已开通微信公众号、抖音、知乎、B站、小红书等线上平台，欢迎感兴趣的老师扫码关注了解更多内容!
