近日，西北工业大学生态环境学院教授蔡晶团队联合中国科学院天津工业生物技术研究所、云南农业大学团队在植物生态学领域取得新突破，研究成果在《自然-植物》发表。

基因组蕴含了不同生物适应各自生态环境的奥秘。基因组大小与环境适应密切相关，一般推测大基因组的植物可能更加适合寒冷与阴暗的环境。但是由于超过20Gb的大型基因组解析困难重重，迄今为止大部分基因组解析工作都集中在2.45Gb（被子植物基因组大小中位数）以下的小型基因组，直到近年来才陆续发表少数几个大基因组解析工作。

黑药花科植物家族因为家族内物种基因组大小相差悬殊（超过230倍），成为研究植物基因组大小变化与生态适应的重要模式类群。本项研究在这个植物家族中选取了具有超大基因组的滇重楼和对照物种兴安藜芦开展基因组解析和比较进化分析，希望解析滇重楼超大基因组的演化和生态适应机制。

滇重楼植株及其与人类染色体核型对比。西北工业大学供图

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研究团队经历7年攻关，成功解析了滇重楼54.58Gb的超大基因组——相当于人类基因组的18倍！更令人惊叹的是，其最大染色体长度突破14Gb，创下所有已知生物染色体长度的纪录。

面对超大基因组组装的世界性难题，研究团队创新研发染色体组装策略（已获国家专利ZL202410969593.6），成功组装出滇重楼五条巨型染色体。基于组装结果，团队通过深入分析染色体互作数据，首次发现这些“巨无霸”染色体在细胞两次分裂间的休息期（细胞分裂间期）仍保持独特的高阶螺旋结构，每圈螺旋长达250Mb，颠覆了传统认知。

本项研究揭示了滇重楼超大基因组的演化和维持机制，发现了基因组的新型螺旋结构，为理解植物基因组大小差异和染色体结构多样性提供了新的视角。此外，滇重楼是多年生植物，具有膨大的地下茎作为营养储存器官；其地下茎中富含重楼皂苷等天然产物，药用历史悠久，是云南白药、季德胜蛇药等经典药方的关键原料。破译滇重楼基因组既有助于理解地下储存器官演化的生态适应机制，更有助于解析重楼皂苷等天然产物生物合成通路，为利用细胞工厂高效生物合成重楼皂苷奠定重要基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-025-02060-3