莲是历经第四纪冰川存活的珍稀孑遗植物，被誉为“植物活化石”，隶属于被子植物基部类群，是地球上起源最为古老的被子植物类群之一。该物种兼具极高的观赏、食用、药用价值与重要的生态调节功能，在东亚乃至亚洲传统文化体系中占据不可替代的独特地位。长期以来，莲属植物缺乏完整、无缺口的高质量参考基因组，极大限制了学界对其驯化演化历史的系统解析，也制约了莲种质资源创新与分子精准育种的发展进程。
近日，中国科学院武汉植物园莲种质资源与遗传育种研究团队牵头，联合多家国内科研单位协同攻关，在莲端粒到端粒（T2T）基因组研究中取得重要突破。相关成果以“Two telomere-to-telomere Nelumbo genome assemblies reveal domestication history and empower precision breeding”为题，正式发表于国际权威学术期刊《Nature Communications》。该研究首次完成亚洲莲（Nelumbo nucifera）与美洲黄莲（Nelumbo lutea）两大莲属核心物种的T2T无缺口基因组完整组装，系统解析了莲属物种的分化驯化历史与重要性状分子调控机制，成功构建莲多组学基因组平台（NMGP），为莲精准育种技术迭代与产业化高质量发展筑牢了核心理论与数据支撑。
此次组装的莲属T2T基因组，全面填补了过往莲基因组的序列空白与结构缺陷。比较基因组学揭示亚洲莲和美洲黄莲在着丝粒序列组成、染色体结构变异等核心基因组特征上存在显著分化，为深入理解莲属物种的分化与演化提供了全新科学视角。研究团队对全球832份莲种质资源开展大规模群体遗传学分析，明确了低纬度亚洲地区是亚洲莲的主要扩散中心。研究溯源了基因渐渗对现代栽培莲基因库的遗传贡献，并鉴定了调控花色与地下茎膨大的关键基因位点，为莲分子标记辅助育种和精准遗传改良提供了新靶点。此外，研究团队首次整合多组学大数据，搭建专业化莲多组学基因组数据库NMGP，并创新性研发机器学习性状预测模型PFMGP，为大幅提升莲育种效率、推动定向育种升级提供了高效技术工具。
此次莲属双物种T2T完整基因组的成功构建及NMGP平台的落地应用，标志着莲基础研究与育种应用正式从“基因组可用”的初级阶段，迈入“高质量基因组精准赋能”的全新发展阶段，为莲种质资源创新、新品种培育与产业升级开辟了全新路径。该科研平台也为后续定向培育耐逆、高产、特色花色等优异莲新品种，提供了完备的基因组数据资源与核心技术工具箱。
中国科学院武汉植物园孙恒副研究员、在读博士生辛佳，华中农业大学植物科学技术学院已毕业硕士生喻宇烨和安利（中国）植物研发中心首席科学家董刚强博士为论文的共同第一作者；武汉植物园杨美研究员，华中农业大学金双侠教授，华中农业大学梁齐齐博士和武汉植物园杨东高级工程师为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金联合项目（U25A20635）、国家自然科学基金（32400219）、湖北省自然科学基金（JCZRJQ202400159）的资助。
图 亚洲莲和美洲黄莲的T2T基因组组装和进化分析
