图1：短枝木麻黄、粗枝木麻黄和细枝木麻黄的基因组组装和雌雄花表观组取样示意图

图2：短枝木麻黄、粗枝木麻黄和细枝木麻黄染色体水平的基因组组装

木麻黄树种具有抗风、耐盐碱、耐瘠薄、抗高温干旱、能形成固氮根瘤等优良特性，是我国华南沿海防护林建设的主要树种，也被全球热带和亚热带国家广泛引种和利用。其中短枝木麻黄（Casuarina equisetifolia）、粗枝木麻黄（C. glauca）和细枝木麻黄（C. cunninghamiana）是我国栽种面积最大的三个种，它们在树体大小、绿色小枝（叶子已退化为小齿状）长短、粗细、齿叶数量和颜色等方面存在较大的形态差异。另外，它们都具有雌雄异株为主，兼有少量雌雄同株个体这种较罕见的性别特性，是开展植物性别分化机制研究的良好模式植物。

为了从基因水平探索木麻黄种间形态差异和性别分化的分子机制，热林所海岸带树种遗传改良与培育课题组与福建农林大学顾连峰教授团队合作，以三代单分子测序技术（PacBio）和Hi-C技术对上述木麻黄的三个种进行了全基因组测序、组装和注释，分别获得了它们染色体水平的高质量基因组参考序列。通过基因组比较分析发现，木麻黄三个种的基因序列存在大量的INDEL（碱基片段插入和删除），部分染色体位点存在高频的序列差异区域。同时基于PacBio Iso-seq和RNA-seq数据的基因注释结果表明，与次生生长相关的半纤维素相关基因Ceq03G2114在短枝木麻黄与粗枝木麻黄间不具有共线性关系。这些发现为这两种木麻黄较大的外观形态差异提供了初步解释，为后续从分子水平揭示木麻黄种间的形态多样性奠定了基础。

在上述基因组装配和注释的基础上，对木麻黄三个种的雌株、雄株和雌雄同株个体分别开展DNA甲基化和RNA-seq分析，发现雌株的甲基化水平显著高于雄株，高甲基化区域（hypermethylated regions）富集了植物控制有性生殖（sexual reproduction）、花粉识别（recognition of pollen）和花粉管生长（pollen tube growth）等基因本体，例如Ccu05G0051 和Ccu09G1599 是参与花粉管生长的两个基因, RT-qPCR和RNA-seq均检测到这两个基因在雌株中的表达量显著低于雄株。这些发现为揭示木麻黄性别决定的分子机理提供了表观遗传学线索。

相关研究结果近日以题为“Chromosome-scale de novo genome assembly and annotation of three representative Casuarina species: C. equisetifolia, C. glauca, and C. cunninghamiana”发表在一区top期刊《Plant Journal》上，热林所张勇副研究员为文章第一作者，福建农林大学顾连峰教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目（31770716）的资助。（文/图：张勇）