摘要: 睡莲目是除无油樟目外其他被子植物的姐妹群，全世界有3科约90种。睡莲科是该目最大的科，有5属约70种，其中睡莲属有约50种和2000个栽培品种，具有重要的园艺观赏以及文化、经济价值。睡莲属植物雌雄同花，倍性复杂。基因组学是解析物种起源演化、遗... 展开 睡莲目是除无油樟目外其他被子植物的姐妹群，全世界有3科约90种。睡莲科是该目最大的科，有5属约70种，其中睡莲属有约50种和2000个栽培品种，具有重要的园艺观赏以及文化、经济价值。睡莲属植物雌雄同花，倍性复杂。基因组学是解析物种起源演化、遗传变异，以及新品种选育重要手段，2020年前后蓝星睡莲和侏儒卢旺达睡莲的基因组相继发布。本研究选择一个色黄芳香、耐寒耐污、生长旺盛的睡莲品种进行了分子鉴定、基因组调查、全基因组测序及转录组测序，组装注释了细胞核和两个细胞器的三套基因组，分析了细胞器RNA转录后加工的现象。主要结果如下: 通过对拟测序研究的睡莲属植物进行形态和分子生物学鉴定，确定了其为睡莲属杂交种黄乔伊（Nymphaea''Joey Tomocik''），以香睡莲（N.odorata）为母本，墨西哥睡莲（N.mexicana）为父本。通过根尖染色体压片计数，确定染色体数目为56左右，根据亲本的染色体数目，确定了黄乔伊及其两个亲本均为四倍体(2n=4X=56)。通过黄乔伊和其两个亲本的流式细胞术和基因组调查测序，得到其基因组大小约为690Mbp。 通过PacBio测序获取黄乔伊基因组三代测序数据，并通过多种软件进行基因组组装。组装的contig N50均大于3Mbp，组装大小均在1.25Gbp以上。为了验证是否组装出全部两套亚基因组，本研究将两个亲本的二代测序数据加入，使用CANU Trio binning重新组装，成功组装出两个假单倍型——MXG和XSL，组装大小分别为493Mbp和764Mbp，其Contig N50分别为10.67Mbp和4.62Mbp，两套亚基因组相加与CANU单独三代组装的大小相当，均为1.258Gbp。通过Hi-C数据构建假染色体，共1057条contig挂载到56条染色体上，挂载大小为1.231Gbp。对基因组组装结果的多种评估都显示了其高完整性和准确性。经基因组注释，黄乔伊基因组有45.6％的重复序列，预测的蛋白编码基因为68，889个。基因组共线性分析发现黄乔伊和已发表的蓝星睡莲共线性很高。以蓝星睡莲为参考，可将黄乔伊分为四套基数为14的假单倍型染色体。基因组进化分析发现，两个亚基因组MXG和XSL约在7.9个百万年前发生分化。 对黄乔伊细胞器基因组进行了单独组装，成功得到完整的叶绿体和线粒体基因组（分别为159，968bp和335，042bp）。结合辅助黄乔伊基因组注释的Iso-seq数据，以及新增的rRNA-策略建库的链特异性RNA-seq数据，对黄乔伊细胞器基因组的转录本概貌进行系统深入分析。结果发现Iso-seq数据可以校正利用软件注释细胞器基因组的结果，发现更完整的多顺反子转录单元。研究还检测到细胞器基因组内含子的多种剪接中间体，推断出细胞器基因组的内含子不论顺式还是反式剪切，都是同时发生随机剪接的。综合多种方法，得到了黄乔伊叶绿体和线粒体中各98个和865个高可信度的RNA编辑位点，两个细胞器RNA编辑的密码子偏好性、非同义编辑后氨基酸的疏水性变化、RNA编辑位点的分布特征等都具有高度相似性，提示叶绿体和线粒体基因组的RNA编辑可能有共同的起源和相同的机制。对内含子剪接和RNA编辑的相互作用的分析发现，两者在前信使RNA中是同时发生的，但是临近内含子边界的外显子中的部分RNA编辑位点则会受到影响，必须内含子剪接后才可以被高效编辑。 综上，通过形态和基于DNA序列的物种鉴定，本研究得到了一个高质量分型组装的黄乔伊基因组图谱，同时也组装出两个完整的细胞器基因组，并对细胞器RNA转录后加工进行了深入分析。本研究为进一步开展被子植物基部类群基因组演化，以及睡莲属比较基因组学研究、杂交和多倍化研究，以及观赏睡莲新品种的杂交育种和品种选育提供了重要的基因组数据支撑。 收起