12月6日，《DNA研究（DNA Research）》在线发表了基因组所樊伟团队研究成果，题为"Chromosome-scale Amaranthus tricolor genome provides insights into the evolution of the genus Amaranthus and the mechanism of betalain biosynthesis"。本研究首次组装了苋菜染色体级别参考基因组，解析了苋菜在苋属植物中的演化地位，并探究了苋菜中主要色素苋菜素的生物合成机制。研究成果将推动苋菜的分子育种改良，并有助于提高苋菜素的生物合成效率。

苋菜又名汗菜、青香苋等，是包括中国在内的东亚人民喜爱的一种叶菜，富含赖氨酸、矿物质和微量元素等营养成分。苋菜属于石竹目苋科苋属Albersia亚属，有多个栽培种，除在东亚地区作为蔬菜外，在欧洲苋菜也被当作园艺观赏植物。我国古代著名药典《本草纲目》和《神农本草经》等都对苋菜的益处有所描述，“六月苋，当鸡蛋，七月苋，金不换”则是对苋菜绝佳的赞美，近代著名作家周作人曾专为苋菜写过《苋菜梗》一文。

现有的苋属植物可以根据用途分为谷物苋、蔬菜苋和杂草苋三大类，千穗谷和老鸦谷是谷物苋的代表，苋菜是蔬菜苋的重要代表，糙果苋和长芒苋是杂草苋的代表。本研究发布的苋菜基因组是蔬菜苋的首个基因组，填补了蔬菜苋缺乏基因组水平研究的空白，丰富了苋属植物的历史演化研究。

图1｜苋菜及其基因组概貌

本研究通过整合PacBio HiFi、Oxford Nanopore ultra-long和Hi-C测序技术，成功组装出了苋菜染色体级别的参考基因组。组装得到的基因组大小为520 Mb，Contig N50为906 Kb，其中99.58%的序列被定位在17条染色体上，注释得到了27,813个蛋白编码基因。

图2｜苋菜全基因组复制事件推断

通过宏观共线性分析和分子钟推断，本研究推测苋菜基因组大约在2700万年前发生过一次全基因组复制事件，该复制事件发生在苋亚科的最近共同祖先时期。

红苋菜中含有大量的苋菜素，已经被食品工业用作天然食品添加剂（国标：GB 1886.110—2015）。由于人工合成色素具有诱发癌症等健康风险，而天然色素价格较高，因此提高苋菜素的生物合成效率具有重要意义。苋菜具有多个栽培种，其中红色栽培种富含苋菜素，而绿色栽培种苋菜素含量很低。本研究除了组装出红色苋菜的染色体级别参考基因组，也组装了绿色苋菜的高质量Contig水平基因组，揭示了两栽培种之间的基因组结构变异，同时也比较了不同颜色叶片的基因转录水平差异。基因表达差异分析表明DODAα1在红色叶片中高表达，而在绿色叶片中表达很低，而且是红绿叶片基因表达差异最显著的基因，因此该基因或许在苋菜素合成途径中发挥关键作用。进一步研究发现苋菜素合成通路关键基因DODAα1和CYP76ADα1在苋菜基因组的16号染色体的同一个拓扑相关结构域（TAD）中，这可能与其能够高效地合成苋菜素有关。

本研究首次组装了苋菜染色体级别参考基因组，解析了苋菜在苋属植物中的演化地位，并为苋菜中苋菜素生物合成机制提供了新见解。此外，苋菜中还富含角鲨烯和抗菌肽，其中角鲨烯传统上来源于鲨鱼和鲸等海洋动物，具有降低胆固醇等有益健康的功效，同时是电脑硬盘的润滑剂和化妆品的重要成分；而抗菌肽是具有抗菌活性的碱性多肽物质，通常由数十个氨基酸残基组成，对细菌有很强的杀伤作用，具有重要的医疗价值。基因组数据为相关生物学研究奠定了基础，也为苋菜的育种改良和抗逆耐旱等研究提供了重要的资源。

基因组所博士生王恒超、硕士生许栋为文章的共同第一作者，樊伟研究员为文章通讯作者，该研究得到了中国农业科学院青年英才计划、中国农科院科技创新工程和深圳市重点实验室基金 （ZDSYS20141118170111640）的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/dnares/dsac050