近日，中国科学院西北高原生物研究所青藏高原植物适应与进化研究团队在Molecular Ecology Resources（IF=7.8）发表题为Integration of de novo chromosome-level genome and population resequencing of Peganum (Nitrariaceae): A case study of speciation and evolutionary trajectories in Arid Central Asia的研究论文。

研究使用了ONT、illumina和Hi-C测序数据，进行多裂骆驼蓬的高质量染色体水平参考基因组组装，基因组大小为314.37 Mb。对264个骆驼蓬属个体（包括3个骆驼蓬属物种及其杂交中间体）进行重测序，通过群体分析研究了骆驼蓬的种群结构、解析骆驼蓬属的起源、分化轨迹及杂交在物种形成中的作用，并提出适应干旱环境的遗传基础。

贝纳基因为本研究提供ONT、illumina、Hi-C测序和基因组组装分析服务。

骆驼蓬属（Peganum）是干旱中亚（Arid Central Asia, ACA）地区的典型沙生植物，存在形态各异的物种，例如骆驼蓬（Peganum harmala L.）、多裂骆驼蓬（P. multisectum （Maxim.） Bobrov）和骆驼蒿（P. nigellastrum Bunge）及杂交中间体（IHEs）。目前，其自然杂交与适应机制仍不明确，历史研究多集中于生物多样性热点地区的杂交事件，而骆驼蓬属的遗传背景、群体分化及杂交在物种形成中的作用尚未有系统性的探讨。

研究团队使用了ONT（60X）、illumina（100X）和Hi-C（40X）测序数据，组装了多裂骆驼蓬的染色体水平基因组，基因组大小为314.37.Mb，Contig N50为22.24 Mb，挂载到24条染色体上，BUSCO 98.2%。通过基因组注释，预测 32,518个蛋白编码基因，其中86.7%的基因功能通过同源比对得到注释。

图1 多裂骆驼蓬物种分布与基因组组装

对 264个骆驼蓬属个体（含3个物种及IHEs）进行全基因组重测序（平均30×），通过群体结构分析，系统发育树显示多裂骆驼蓬与骆驼蒿形成独立分支，而杂交中间体位于亲本分支之间，结果支持其杂交起源假说。

图2 多裂骆驼蓬种群遗传结构分析

历史种群大小分析显示，骆驼蓬属在第四纪冰期经历严重群体瓶颈，有效群体大小下降了90%，而全新世气候回暖促使骆驼蓬扩张，但骆驼蒿因蒙古高原持续干旱化持续衰退。Z-Fst分析鉴定出1,248个基因岛区域（Z-FST > 2），这些区域表现出低遗传多样性，高重组率的特征，暗示了长期选择压力在物种分化中的主导作用。

图3 多裂骆驼蓬种群历史分析、基因渐渗、基因流分析

图4 多裂骆驼蓬正选择分析

为了阐述骆驼蓬属物种形成的动态过程，研究团队进一步提出“混合-隔离-混合循环”（MIM）模型。根据MIM模型，骆驼蓬属物种祖先群体在河西走廊经历地理隔离分化为独立物种后，因气候变迁再次接触并通过杂交产生IHEs，通过基因交流继承了毛状体密度增加等适应性相关的亲本优良性状，并在自然选择的过程中展示出显著性的优势。通过MAXENT模型对骆驼蓬属物种的潜在分布进行了预测，预测未来气候变暖使骆驼蓬属整体适宜分布区减少，但IHEs可能通过杂交优势占据新生境。

图5 骆驼蓬属物种MIM形成模型构建

本研究组装了多裂骆驼蓬染色体水平基因组，并结合群体重测序数据进行遗传结构分析，揭示了骆驼蓬属物种的遗传背景、群体历史大小及杂交在物种形成中的具体作用。研究首次提出“混合-隔离-混合循环”（MIM）模型，揭示骆驼蓬属物种在干旱中亚地区的进化机制。本研究为干旱区植物进化及气候变化应对提供关键理论依据，对气候变化下的生物多样性保护具有重要启示。