近日，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所饲草育种与栽培创新团队首次完成同源四倍体紫花苜蓿端粒到端粒（T2T）高质量基因组组装，鉴定了同源染色体之间存在的广泛结构变异，解析了转座子积累驱动的结构分化机制，为紫花苜蓿复杂性状解析和遗传改良提供了理论基础和精准的基因组数据资源。相关研究成果发表在《植物通讯（Plant Communications）》。

紫花苜蓿是全球最重要的豆科牧草之一，蛋白质含量高，适口性好，被誉为“牧草之王”，是奶牛等反刍动物的重要优质饲料。紫花苜蓿为同源四倍体植物，基因组结构较复杂，目前已公布的基因组对端粒、着丝粒等高重复序列区域的解析精度较低，组装完整度不高，严重制约了功能基因挖掘和分子育种研究进程。

研究团队以我国主栽品种“中苜4号”为研究材料，综合利用 PacBio HiFi高精度长读长测序、Nanopore超长读长测序以及 Pore-C染色质构象捕获测序等技术，完成了大小约 3.14 Gb同源染色体分型（allele-aware）的近T2T基因组组装，仅有8 个缺口未被解析，全部32条染色体的端粒和着丝粒区域均被完整组装，组装连续性和完整性显著优于目前已公布的多个紫花苜蓿基因组版本。与团队此前公布的中苜4号基因组（v1.0版本）相比，新组装的T2T基因组新增约 580 Mb染色体序列，新增注释基因5 万余个，基因组组装质量得到大幅提升。

研究还系统比较了四组同源染色体之间的结构变异特征，揭示了着丝粒区域转座子积累驱动的结构分化机制，为深入理解多倍体基因组演化提供了新线索。实际应用表明，以高质量的T2T基因组为参考基因组能够显著提升全基因组关联分析的检测效率。基于新组装的基因组，成功定位到一个先前版本没有识别的与关键农艺性状（粗蛋白含量）紧密关联的候选基因APM1。

上述研究可为紫花苜蓿的遗传改良提供强大的基因组数据资源，对深入研究基因组进化、结构变异、复杂农艺性状调控网络以及加速紫花苜蓿精准育种进程具有重要意义。

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所毕业硕士生苏德毕力格、毕业博士生蒋学乾及助理研究员何飞为该论文的共同第一作者，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所龙瑞才研究员、杨青川研究员、康俊梅研究员以及中国农业科学院农业基因组研究所张兴坦研究员为共同通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划项目、中央级公益性科研院所基本科研业务费项目、生物育种国家科技重大专项、国家现代农业产业技术体系以及国家自然科学基金的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101691。