多个拟南芥属植物欧洲庭荠种质的高质量基因组组装揭示了与金属适应和超富集相关的基因扩增事件

自20世纪初以来，世界人口增长和工业发展导致土壤金属污染日益加剧，对环境和人类健康构成了威胁。在此背景下，适应含金属土壤并能够超富集金属的植物，为开发用于修复金属污染土壤的植物修复技术提供了契机。然而，植物耐受并超富集金属的分子机制尚未得到充分阐明，这限制了相关技术的改进。隶属于十字花科的金属超富集植物种——遏蓝菜属植物（Noccaea caerulescens），正被开发为解析这些机制的遗传学模型。在本研究中，我们显著改进了N. caerulescens Cira种质的基因组组装，并为另外5个来源于不同土壤类型和遗传类群的种质构建了高质量基因组组装。利用这些高质量基因组组装，我们鉴定了与遏蓝菜属金属超富集性状相关的基因拷贝数变异。分析结果显示，基因拷贝数变异影响遏蓝菜属中的多种生物学功能，包括编码HMA、NRAMP和ZIP家族金属转运蛋白的基因。值得注意的是，镁转运蛋白MGR2相关的基因重复表明，对超镁铁质土壤的适应可能是遏蓝菜属的祖先性状。最后，转座元件与基因重复的关联表明，转座子活性可能在该属金属超富集性的演化过程中发挥了重要作用。

自20世纪初以来，世界人口增长和工业发展导致土壤金属污染加剧，对环境和人类健康构成威胁。在此背景下，适应含金属土壤并具有金属超富集能力的植物，为开发修复金属污染土壤的植物修复技术提供了机遇。然而，植物耐受并超富集金属的分子机制尚未得到充分阐明，这限制了相关技术的改进。隶属于十字花科的金属超富集植物种——遏蓝菜（Noccaea caerulescens），正被开发为解析这些机制的遗传学模式植物。在本研究中，我们显著改进了遏蓝菜 Cira 生态型的基因组组装，并为另外5个来源于不同土壤类型和遗传类群的生态型构建了高质量基因组组装。我们利用这些高质量基因组组装，鉴定了与 Noccaea 属金属超富集性状相关的基因拷贝数变异。分析结果表明，基因拷贝数变异影响 Noccaea 中广泛的生物学功能，包括编码属于 HMA、NRAMP 和 ZIP 家族的金属转运蛋白的基因。值得注意的是，影响镁转运蛋白 MGR2 的基因重复表明，对超镁铁质土壤的适应可能是 Noccaea 属的祖先性状。最后，转座元件与基因重复之间的关联表明，转座子活性可能在该属金属超富集性的演化过程中发挥了重要作用。

作者声明不存在利益冲突。

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关键词：遏蓝菜属 · 高质量基因组组装 · 基因拷贝数变异 · 金属超富集 · 转座元件 · 金属转运蛋白

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.20.760424v1?rss=1