期刊：Advanced Science（IF 14.1，中科院双一区Top）
文章题目：Genomic Variation Underpins Genetic Divergence and Differing Salt Resilience in Sesbania bispinosa
发表时间：2025
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202502600
近日，海南省种业实验室曹晓风院士团队在Advanced Science上发表了题为Genomic Variation Underpins Genetic Divergence and Differing Salt Resilience in Sesbania bispinosa的研究论文。该研究构建了耐盐型和敏盐型刺田菁高质量参考基因组，解析了二倍体刺田菁自然群体演化规律，发现了二倍体田菁群体迁移到沿海地区，发生大尺度倒位变异导致群体分化，从而演化获得耐盐性状和主效基因。这项研究为豆科饲草和作物的抗逆分子育种提供了理论基础和基因资源。
在土地盐渍化问题日益严峻的当下，如何从野生植物中发掘耐盐基因资源以助力作物改良，已成为植物科学研究重要课题。二倍体刺田菁（Sesbania bispinosa）作为豆科一年生草本植物，广泛分布于热带及亚热带地区，特别是海南各地沿海地区。与以往耐盐研究多聚焦于模式植物或栽培种不同，刺田菁作为野生豆科植物，展现出独特的演化适应路径，使其成为探索耐盐分子机制的理想研究材料。
院士团队从中国热带和亚热带地区收集了51个刺田菁自然群体材料，其中46个种群用于耐盐性研究。通过300 mm NaCl处理，发现耐盐种质SbTA02存活率最高（91.83%），盐敏感种质SbSA44存活率最低（1.11%）。耐盐种质可作为培育耐盐牧草品种的基础。对刺田菁耐盐种质 SbTA02 和盐敏感种质 SbSA44 进行了高质量基因组组装。基因组大小分别为 1090 Mb 和 1094 Mb，包含约 4.9 万个蛋白编码基因，转座子占比约 73%，其中 LTR 反转录转座子主要集中在基因组中心区域。基因组组装完整性和准确性高，为研究其基因组进化和耐盐机制提供了基础。
图 1刺田菁的耐盐性和基因组组装评估
通过GWAS分析，发现刺田菁5号染色体上6个与耐盐性显著相关的SNP信号，均位于非编码区，可能影响附近基因表达。这些信号与基因ANS、PGR5-like蛋白和CYP87A2相关，其中ANS基因与耐盐性关联最为显著。RNA-seq分析显示，在盐胁迫下，耐盐种质SbTA02中ANS基因表达显著高于盐敏感种质SbSA44。基于ANS基因附近SNP的单倍型分析发现，携带单倍型A的种质耐盐性显著高于携带单倍型B的种质。耐盐种质主要来自沿海地区，而盐敏感种质多来自内陆地区。此外，qRT-PCR和花青素含量分析表明，高耐盐性种质的SbANS表达水平和花青素含量均显著高于盐敏感种质。在大豆中过表达SbANS可提高其耐盐性，进一步验证了SbANS在耐盐性中的保守作用。这些结果表明，SbANS基因的自然变异与刺田菁种质的耐盐性分化密切相关。
本研究生成了刺田菁两个高质量基因组资源：耐盐的 SbTA02 和盐敏感的 SbSA44。比较基因组分析和 CENH3 ChIP-seq（着丝粒特异性组蛋白 H3 的染色质免疫沉淀测序）揭示了两个基因组之间的显著差异，源于着丝粒周围/着丝粒区域的倒位，可能促进了物种分化和适应性进化。对 51 个刺田菁种质的种群分析显示，5 号染色体上 ≈27 Mb 的种群水平倒位将遗传分离的单倍型分为两个不同的组。GWAS 揭示了花青素合酶基因 SbANS 的自然变异与刺田菁种群成员之间耐盐性的差异密切相关。耐盐种质中花青素的组成型生物合成可能是其适应盐碱环境的进化机制。这些结果为植物耐盐性遗传改良提供了重要参考，并强调了自然变异在增强抗性状中的关键作用。
海南省种业实验室首批博士后王晓飞与何凯璇、与海南大学联合培养首批博士生刘成立为论文的共同第一作者，海南省种业实验室贾亚军农艺师、王富强青年研究员均参与了该项研究工作。该研究得到了海南省种业实验室自主部署项目、国家重点研发计划、中国科学院战略先导专项、国家自然科学基金等项目的资助。