发表期刊：Horticulture Research（IF=8.5）

发表时间：2025.06

近日，济南大学生物学院光合作用与高光效农业课题组与山东省农业科学院农作物种质资源研究所农作物种质资源收集保护和评价创新团队、中国科学院昆明植物研究所保护园艺学与种质创新研究组合作，成功完成了网纹草（Fittonia albivenis）首个近完整的单倍型基因组组装工作，相关成果以A nearly complete haplotype-phased genome assembly of nerve plant (Fittonia albivenis) provides insights into leaf color evolution为题发表在园艺学领域国际权威期刊Horticulture Research上。

贝纳基因为本研究提供了ONT超长、HiFi、Hi-C建库测序服务。

研究亮点

网纹草是原产于南美雨林的多年生观赏植物，因其对阴影环境适应性强、叶片脉络清晰、色彩多样而受到园艺界广泛关注。本研究整合了PacBio HiFi测序、Oxford Nanopore超长测序以及Hi-C染色质构象捕获等前沿组学技术，成果组装获得一个大小为2.08 Gb、涵盖18对染色体、包含66条端粒且无间隙的高质量基因组。基因组完整性评估BUSCO得分高达99.2%，为目前已发表的爵床科植物中质量最高的参考基因组图谱，为深入解析观赏植物叶色演化机制和遗传改良提供了坚实基础。

图1 近完整的单倍型网纹草基因组图谱

通过单倍型分相技术（Subphaser），研究团队揭示了网纹草A/B亚基因组的结构与演化分化。分析表明，该分化主要由LTR类转座子驱动，扩增事件约始于200万年前。这一发现不仅揭示了网纹草复杂的双亲起源，也为理解多倍体植物在演化过程中如何维持功能分化与调控网络稳定提供了新见解。在色素形成机制方面，该研究系统重建了花青素、类黄酮、叶绿素和类胡萝卜素的代谢通路，鉴定出278个相关酶编码基因，并发现这些基因在基因组中普遍存在重复扩增现象。

图2 网纹草亚基因组特征分析及比较基因组分析

基因组重复事件（WGD）和串联重复（TD）显著促进了花青素和类黄酮生物合成通路中关键基因的扩张，为植物色彩的多样性演化提供了遗传基础。表达谱和代谢组的联合分析表明，这些通路基因在不同叶色类型中存在显著的表达差异，且与红色叶片中花青素及其衍生物的积累密切相关。通过对31个自然群体样本的重测序分析，研究共鉴定出530万个高质量SNP，进一步揭示了调控花青素合成的转录因子（如AP2-ERF、MYB、bHLH等）及其下游结构基因在群体中的遗传变异特征。此外，调控网络分析表明，MYB-bHLH-WD40（MBW）复合体在调节叶色形成中扮演核心角色，同时WRKY与AP2-ERF等因子也可能参与协同参与该通路的调节。此外，这些通路关键基因的突变率普遍高于其他色素合成相关通路，且突变更集中于具有表达活性的基因位点，暗示其在叶色变异中具有潜在的功能效应。

图3 类黄酮与花青素生物合成通路

继2024年济南大学生物学院光合作用与高光效农业课题组在Nature Communications报道了网纹草增强的远红光捕获能力之后，课题组联合多个研究单位进一步深入研究其叶色调控机制。相关成果不仅为理解植物叶色的分子调控机制提供了重要信息，也为开展分子遗传育种提供了强有力的基础数据支持。

本研究济南大学为第一完成单位，济南大学生物学院教师王龙欣博士和山东省农业科学院贾凯华副研究员为共同第一作者，济南大学生物学院秦晓春教授为通讯作者，中国科学院昆明植物研究所张仁纲博士、济南大学生物学院在读博士郝晨阳参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东省泰山学者等项目的资助。

参考文献：

Longxin Wang, Kai-Hua Jia, Ren-Gang Zhang, Chenyang Hao, Xiaochun Qin, A nearly complete haplotype-phased genome assembly of nerve plant (Fittonia albivenis) provides insights into leaf color evolution, Horticulture Research, 2025;, uhaf154, https://doi.org/10.1093/hr/uhaf154