圭亚那笔花豆端粒到端粒基因组揭示其对磷缺乏土壤的共生适应机制

背景：圭亚那笔花豆是一种代表性的热带豆科植物，对低磷酸性土壤表现出显著的适应性。作为一种共生物种，它与根瘤菌形成根瘤关联以固定大气氮，可能提高磷酸盐利用效率。本研究旨在解析圭亚那笔花豆中根瘤共生与低磷适应之间的关联机制。结果：我们首次报道了圭亚那笔花豆的无缺口、端粒到端粒基因组（1.20 Gb），包含82.28%的重复序列和34,728个基因，BUSCO完整性达99.30%，LTR组装指数评分为29.05。整合的基因组数据和多组学分析揭示了一种协调的共生策略。具体而言，根部通过查尔酮还原酶基因的串联复制，增强了类黄酮的生物合成，以促进稳健的共生体招募，而根瘤发育则由以转录因子NIN为中心的保守网络调控。在根瘤中，多个磷酸盐饥饿响应通路被激活，包括增强的磷酸盐转运与循环、膜脂重塑以及节约磷酸盐的代谢旁路，以支持固氮作用。此外，维生素B6和氮同化途径的共同上调表明其在缓解氧化应激和维持代谢平衡中的作用。结论：本研究揭示了圭亚那笔花豆的根瘤共生是其适应低磷胁迫的多方面基础，整合了增强的共生信号、保守的根瘤发育、重编程的磷酸盐代谢以及改善的抗氧化保护。这些发现为理解胁迫抗性共生提供了见解，并为提高豆科植物养分效率奠定了基因组学基础。