T2T基因组揭示根瘤共生助力圭亚那柱花草适应酸性土壤的进化奥秘

       近日，中国热带农业科学院品资所在圭亚那柱花草（Stylosanthes guianensis）适应性进化研究中取得重要进展，成功绘制了该物种首个端粒到端粒（T2T）级无缺口基因组图谱，揭开了其利用“根瘤共生”在强酸性低磷土壤中高效“抢磷”的神秘面纱。

       全球约50%的耕地为酸性土壤，低磷胁迫是制约此类土壤中作物生产的主要瓶颈之一。圭亚那柱花草是酸性土壤上的“先锋植物”，在pH低于4.5的强酸性环境中仍能旺盛生长，是研究植物酸性土壤适应性进化的理想材料。由于结瘤耗能耗养，豆科植物在遭遇低磷胁迫时通常会本能地“踩刹车”，抑制根瘤形成以减少损耗；而圭亚那柱花草却反其道而行之，非但不“踩刹车”，反而猛“踩油门”，通过大量结瘤来攫取氮、磷养分，但其背后的潜在机制长期未明。

       为解码圭亚那柱花草这一反常策略背后的奥秘，该研究团队利用PacBio HiFi、ONT及Hi-C等高通量测序技术，构建了大小为1.20 Gb的T2T基因组，其BUSCO完整度达99.30%，LAI评分为29.05，达到基因组组装的“黄金标准”。基于该高质量基因组，研究进一步锁定了其“以共生换养分”的分子开关：查尔酮还原酶（CHR）基因家族的串联重复扩张，增强了黄酮类信号物质合成，使其能在低磷条件下仍高效招募根瘤菌促进结瘤；同时，根瘤中磷转运子、有机酸转运子及磷酸酶等基因家族高表达，并通过激活不依赖ATP的旁路代谢、膜脂重塑及维生素B6抗氧化系统，显著提高了对有限磷资源的获取与利用效率。该研究不仅阐明了圭亚那柱花草适应酸性土壤的进化策略，也为其他豆科作物创制耐酸、养分高效的新品种指明了方向，这对提升酸性土壤的生产潜力具有重要意义。

       相关研究成果以“Telomere-to-telomere genome of Stylosanthes guianensis uncovers symbiotic adaptation to phosphorus-deficient soils”为题，发表于《Genome Biology》。中国热带农科院品资所刘攀道研究员、已毕业博士生刘春、濮文辉副研究员为论文共同第一作者，陈志坚研究员、董荣书研究员和刘国道研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家牧草产业技术体系、中国热科院国家热带农业科学中心科技创新团队等项目的资助。

图1 圭亚那柱花草基因组特征及查尔酮还原酶（CHR）基因的串联重复扩张

图2 根瘤共生驱动圭亚那柱花草磷高效吸收与利用的分子机制模式图

       全文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-026-04130-x