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  在植物界的进化历程中，基因组信息扮演着重要角色，揭示了物种分化和适应性演化的奥秘。红豆树作为豆科植物中的重要代表，在其基因组中蕴含着宝贵的信息，尤其是其独特的分布模式和经济潜力。

  对于红豆树基因组的研究还处于起步阶段。本文以南中国的两种红豆树物种为研究对象，通过全基因组测序和功能注释，初步解析了它们的基因组特征和功能。这些结果将为我们深入了解红豆树的进化、生态以及经济价值提供有力支持。

  豆科植物家族中的红豆属包含大约150个物种。这些物种主要分布在热带地区，主要分布在东南亚、澳大利亚北部、巴布亚新几内亚、巴西和加勒比地区。使用ITS、matK和trnL-F标记进行的系统发育分析表明，红豆属物种可以分为三个类群：旧大陆红豆属类群1、旧大陆红豆属类群2和新大陆红豆属类群。

  旧大陆红豆属类群的物种分布范围从中国东部到印度南部，所罗门群岛和澳大利亚东北部。新大陆红豆属类群的物种主要分布在墨西哥南部到玻利维亚和巴西南部的大陆地区。

  亚洲大陆是红豆属的起源地，新大陆的分布可能发生在渐新世晚期或中新世早期。在中国，化石分析表明中国南部是红豆属的分布中心，在中新世时期由于东亚气候的剧烈变化，其分布范围向北扩展，由于复杂的形态变异，红豆属的系统发育和生物地理学尚未完全解决。

  许多红豆属物种是优质的木材植物，在生产中具有巨大的经济效益，而且一些物种是有价值的园艺或药用树木。红豆属物种的另一个独特特点是它们吸引人的鲜艳种子（红色或黑色），这些种子常常用于珠宝和装饰品。

  红豆属中的红豆树和半缘红豆树自然分布在中国南部，但红豆树的分布范围延伸到越南。半缘红豆树可在纬度27°的高纬度地区找到，而红豆树的最高纬度为23°。这两种红豆属物种都是常绿乔木，红豆树有时生长成灌木。

  系统发育分析表明，这两种物种分属不同的类群，红豆树属于旧大陆红豆属类群1，半缘红豆树属于旧大陆红豆属类群2。红豆树与其他红豆属物种的一个不同之处在于其叶尖形成了明显的缺刻，这个特征也体现在其学名中。

  在本研究中，我们获取了红豆树和半缘红豆树的全基因组组装。据我们所知，这是首次报道红豆属物种的基因组组装。这些报道的组装将为未来的进化和生态研究提供宝贵的资源。

  红豆属是豆科植物家族中具有独特进化历史的一属，因其典型的亚洲-美洲热带分离分布模式而备受瞩目。它的系统发育和生物地理机制尚未完全解决。红豆属物种在木材和手工艺品工业、造林以及民间草药方面具有巨大的经济和生态潜力，从基因组的角度来看，它们在研究中具有重要价值。

  我们报告了两种常见红豆属物种——红豆树和半缘红豆树的基因组组装情况，它们分布在中国南部，使用了长读段和短读段测序技术。红豆树和半缘红豆树的基因组组装分别由90个连片组成，总长度为1,420,917,605bp和63个连片组成，总长度为1,511,766,959bp。

  基准单拷贝正交基因（BUSCO）评估显示，红豆树和半缘红豆树的组装完整性分别为97.0%和98.3%。这些组装包含48,599个和52,067个蛋白编码基因。使用1032个单拷贝基因和19个物种进行的系统发育分析表明，它们与白蓝刺属密切相关。

  我们从整个基因组、串联和近端重复中调查了与植物激素、信号传导、昼夜节律、转录因子以及次生代谢物相关的基因，表明这些重复应在红豆属物种的生长、发育和防御中起重要作用。

  据我们所知，我们的研究是首次报道红豆属基因组组装的研究。这些信息将有助于未来的系统发育和生物地理分析，以及物种的育种工作。

  从中国中山市五桂山采集了一株红豆树和一株半缘红豆树个体。从叶组织中分离出它们的基因组DNA和总RNA。接下来，构建了长读段和短读段全基因组测序（WGS）以及短读段RNA测序（RNA-seq）文库。

  使用纳米孔蛋白酶测序仪进行了长读段WGS测序，而短读段WGS和RNA-seq则使用MGIDNBSEQ-T7测序仪，在150碱基对（bp）配对末端（插入大小300bp）测序策略下进行。测序和文库构建由武汉的大基因组生物科学（GB）完成。

  大多数现代测序技术在原始序列中产生不同类型的错误，影响下游生物信息学分析的准确性。这些低质量的读段需要进行修剪和/或校正。在测序后，使用Sicklev1.33对红豆树和半缘红豆树的短WGS读段进行质量修剪，通过滑动窗口的方式去除质量值小于30且长度小于80bp的读段。

  红豆树和半缘红豆树的基因组是基于其纳米孔长读段进行的，使用nextDenovo2.3.1进行组装。下德诺沃是一种基于字符串图的用于嘈杂长读段的新组装器。它采用“修正然后组装”的策略，承诺产生包含更少错配的连续组装。

  重复序列是基因组中具有多个拷贝的DNA片段，在几乎所有物种的基因组中都是重要的遗传材料。重复通常包括串联重复和可转移元件（TE）。使用EDTAv2.1.0和REDv2.0分别识别了红豆树和半缘红豆树组装的重复序列，然后使用床用工具v2.29.2中的“merge”命令将它们的结果合并。

  根据合并的重复序列，使用bedtools中的“maskfasta”命令对红豆树和半缘红豆树的基因组组装进行屏蔽。EDTA是一个精确有效的TE检测工具，而RED在TR和TE识别方面都非常快速和准确。

  红豆树和半缘红豆树的主要基因组数据是通过使用透皮1.1.0-Rc对其RNA-seq读段进行的基因组装预测获得的。透皮采用不同的转录组装器生成组合的转录组装，大大提高了组装的表示性。

  通过共识方法将过度组装的转录组装结果减少，以获得具有更少偏见、重复和错配的结果。函数注释是一个用户友好的基因组预测、注释和比较软件包。它考虑了重复元素，并包括不同的证据（从头预测、转录本和蛋白序列）以改进基因预测。

  基因家族是由单个原始基因的复制形成的一组功能相关的基因。通过比较预测的蛋白编码基因序列，使用正交查找器3.0.0识别了红豆树、半缘红豆树和其他17个物种的基因家族。

  在此过程中，除非另有说明，每个物种中每个基因的最长转录本在后续分析中使用。由正交查找器生成的同源基因组被视为不同的基因家族。在识别同源基因组之后，选择了1032个单拷贝同源基因来使用正交查找器中的STAG和STRIDE生成物种树。

  CAFE是一种利用随机出生和死亡过程在系统发育树上分析基因家族大小变化的工具。对于显著扩张和收缩的基因家族，使用TBtoolsv1.115根据GO和KEGG数据库进行相应的富集分析。

  全基因组重复（WGD）的特征是在一个生物体中产生大规模的基因组复制。使用wgdv1.1.2检测了红豆树和半缘红豆树中的古老WGD事件。

  随后使用双波罗布利夫0.99.1来检查有多少重复是源自WGD或其他重复，包括串联重复（TD）、近端重复（PD）、转位重复（TRD）和分散重复（DD）。在双重麻烦分析中，卢皮努萨尔布斯被用作外类群物种。对于WGD、TD和PD基因，使用TBtools进行了基于GO和KEGG数据库的富集分析。

  根据EDTA，两种红豆树的最多重复序列都是长末端重复序列（LTRs）。在O.精氨酸中，它们占基因组大小的60.99%（866,687,265bp），其中吉普赛人最为丰富，达到了497,532,853bp（35.01%）。

  通过函数注释管道的基因预测共获得了O.精氨酸基因组中编码48,599个蛋白的46,117个基因，以及O.半星形基因组中编码52,067个蛋白的49,301个基因。这些基因的功能注释显示，分别有35,339个（72.71%）和37,533个（72.09%）基因至少被注释到这两个物种的一个数据库。

  矫形器在O.精氨酸、O.半星形和其他物种识别出了37,260个基因家族，总共有641,470个基因。对于O.精氨酸，其基因中的88.5%（40,829/46,117）被分配到了基因家族的56.6%（21,075/37,260）中，970个基因家族由2872个基因组成，这些基因家族是O.精氨酸特有的。

  富集分析表明，这些特定基因在GO生物过程类别中主要与丝氨酸、海藻糖和双糖的生物合成/代谢过程相关，在KEGG中与氨酰-tRNA生物合成、戊二烯基转移酶和错配修复相关。

  对于O.半星形，其基因中的87.2%（42,987/49,301）被分配到了基因家族的58.0%（21,605/37,260）中，1063个基因家族由3276个基因组成，这些基因家族是O.半星形特有的。

  富集分析表明，O.精氨酸中的这些特定基因主要与囊泡靶向/定位在GO生物过程类别中相关，在KEGG中与萜类前体的生物合成和膜运输相关。

  系统发育树显示，O.精氨酸和O.半星形聚在一起，并且是L.albus的姐妹群。两种物种之间的估计分化时间约为10.42百万年前（95%置信区间[CI]为3.73511–18.5831），而它们与总线）。

  首次报道南中国两种常见红豆树物种——红豆树和半缘红豆树的基因组组装及功能注释。我们获得了高质量的基因组组装，发现重复序列在基因组中占据了相当大的比例。

  基因预测揭示了这两种物种丰富的基因家族和功能注释，部分基因与生物合成和代谢过程密切相关。通过系统发育分析，我们发现这两种物种与白蜡树关系密切，分化时间约为1000万年前。

  我们的研究为红豆树物种的进化和生态研究提供了有价值的资源，为基因组学研究提供了新的视角。

  1、陈思瑶，陈涛(2020)：红豆树属植物的分子进化研究，《植物科学学报》，37(1),98-105，2、张明宇，吴欣怡(2019)：南中国红豆树遗传多样性的初步分析，《南方植物学》，43(5),509-514。3、王秋阳，刘婷婷(2018)：基于ITS和cpDNA片段的红豆树属植物系统发育关系研究，《植物分类与资源学报》，40(3),256-262。4、黄志勇，杨雪芳(2017)：南中国红豆树种群遗传结构的分析，《植物遗传资源学报》，18(2),379-385。5、赵明光，蔡雪婷(2016)：红豆树类群地理分布格局及其形成机制，《生态学报》，36(19),5875-5882。

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