近日，中国科学院海洋研究所陈楠生课题组在硅藻基因组学研究方面取得新进展，成功构建了首个热带骨条藻（Skeletonema tropicum）的高质量染色体水平参考基因组，相关研究成果发表在国际数据集期刊Scientific Data（Q1，IF=9.8）。这是该团队在2023年成功构建海洋优势浮游植物玛氏骨条藻（Skeletonema marinoi）染色体水平基因组之后完成的第二个骨条藻属物种的基因组。
硅藻是海洋中最重要的浮游植物类群之一，多样性和生物量极高，贡献了约40%的海洋初级生产力和50%的海洋碳输出通量，在海洋食物网和生物地球化学循环中扮演重要角色。硅藻种类众多，估计有12,000-200,000个物种。然而，自第一个硅藻基因组（伪矮海链藻Thalassiosira pseudonana）于2004年得到构建以来，迄今仅有十几个硅藻物种的基因组得到构建，且大部分基因组为草图水平。其中仅四个硅藻物种（伪矮海链藻、三角褐指藻Phaeodactylum tricornutum、Fistulifera solaris和玛氏骨条藻）的染色体水平基因组得到构建，严重制约了硅藻生态学和演化研究进展。骨条藻属（Skeletonema）是我国近海的优势浮游植物，也是海洋生态系统中的重要初级生产者，多种骨条藻物种可引发赤潮，危害海洋生态环境。前期基于胶州湾全年逐月的宏条形码研究发现，玛氏骨条藻在冬季胶州湾的相对丰度尤其高，而热带骨条藻在夏秋季节占优势。通过对其线粒体基因组和叶绿体基因组比较分析表明其结构的保守，未能揭示两种骨条藻的环境适应机制。染色体水平的玛氏骨条藻基因组的构建发现显著扩张的光相关基因家族可能是该藻适应环境的重要机制。然而热带骨条藻的染色体基因组尚未构建，阻碍了其生态适应和系统进化的深入研究。
在以前研究基础上，研究团队综合采用利用Illumina测序、PacBio测序和Hi-C辅助基因组组装技术，首次构建了热带骨条藻完整的染色体水平的参考基因组。热带骨条藻基因组大小为78.78 Mb，挂载到23条染色体，contig N50长度为606.27 Kb，scaffold N50为3.17 Mb。热带骨条藻共注释了20,613蛋白编码基因，其中86.14%的基因可以注释到功能。研究发现热带骨条藻基因组与玛氏骨条藻基因组具有较好的共线性关系。热带骨条藻高质量染色体水平基因组的构建，对于利用比较基因组和比较转录组方法解析其环境适应机制提供了重要平台。
本项目由海洋生态与环境科学重点实验室陈楠生团队完成，特别研究助理刘淑雅为第一作者，陈楠生研究员为通讯作者。本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金等项目资助。
【论文链接】Shuya Liu, Nansheng Chen*. Chromosome-level genome assembly of marine diatom Skeletonema tropicum. Scientific Data, 11, Article number: 403 (2024). https://doi.org/10.1038/s41597-024-03238-8.