2021年9月22日，Molecular Ecology Resources在线发表了江南的注册网址林木育种国家工程实验室、林木花卉遗传育种教育部重点实验室安新民教授联合山西省林科院、山东省林科院、北京源宜基因科技股份有限公司、美国佛蒙特大学、美国俄勒冈州立大学共同完成的题为High quality haplotype-resolved genome assemblies of Populus tomentosa Carr., a stabilized interspecific hybrid species widespread in Asia的研究论文，完成了首个毛白杨高质量单倍型基因组组装，揭示了白杨派杨树进化历史中的复制与分化事件，首次从全基因组水平解析了毛白杨的亲本起源。

毛白杨(Populus tomentosa Carr.)是我国重要的乡土白杨派树种，也是我国北方第一大人工林树种，广泛分布在黄河、淮河和海河地区的百万平方公里范围内,是该区域生态系统中的重要基石树种。与其它杨树相比，毛白杨具有生长迅速、树干粗直、抗逆性强、寿命长(一般为100-200年，有的超过500年)等特性。这些优良特性使毛白杨在经济、生态和进化研究方面独具重要价值，成为木本植物遗传进化、杂种优势研究的理想材料。

图1毛白杨基因组基本特征

(a)毛白杨基因组总览。在38条染色体上，基因组以200 kb的间隔排列。周长上的单位表示Mb值和染色体。①染色体核型；②GC含量（33.6%。红线指50%，绿线指30%）。③重复序列覆盖度（每Mb含45-1937条重复序列）。④基因密度（每Mb含3-164个基因）。⑤同源区域（1463个基因）共线性分析。(b)毛白杨基因组中重复类型分布。(c)预测基因在不同分类注释级别(GO)中的分布。

该研究以毛白杨优良无性系LM50诱导的花药植株GM15为试材,采用PacBio+Hi-C+Illumina策略进行了测序、de-novo组装与注释,获得毛白杨首个高质量的全基因组序列, contig N50和scaffold N50分别达到0.96Mb和18.91Mb,最长contig和scaffold分别为5.47Mb和46.68Mb,全基因组大小为740.2Mb,由两个亚基因组38条染色体组成,共编码59,124个蛋白基因。毛白杨全基因组的解析为开展功能基因组学研究、基因编辑、分子设计育种奠定了基础。

图2毛白杨与其他杨树的比较基因组分析(a)毛白杨和其他三种杨树基因家族的比较(b)通过共线性的直系同源对和旁同源基因比对同义替代率（Ks）分别推断出柳科物种的种间分化异和杨树的种内分化。(c)杨柳科的共同的复制事件(Ks = 0.25, ~60 Ma) ,毛白杨从其他杨树中分化出现(Ks = 0.005, ~3.93 Ma) (d) 10种杨树的系统发育进化树(e)毛白杨基因组与毛果杨基因组的共线性分析

基因组进化分析表明，杨柳科在大约60Mya(Ks≈0.25)经历了一次WGDs事件，在大约48Mya(Ks≈0.12)杨柳科发生分化；白杨派与青杨派在约13.4Mya发生分化，响叶杨于约9.3 Mya第一个独立于白杨派，银白杨在约4.8 Mya产生了独立变种--新疆杨;新疆杨与响叶杨大约在3.93Mya杂交产生了毛白杨，毛白杨的亲本为响叶杨(♀)和新疆杨(♂)。

图3毛白杨亚基因组间共线性、染色体结构变异和等位基因Indel分析

本研究还鉴定了毛白杨两个亚基因组染色体结构变异共15480个，包括INS、DEL、INV、TRANS和CNV，绝大多数INS、DEL和CNV发生在同源染色体，而TRANS、INV在同源、非同源染色体间分布广泛；共检测到188, 575个Allele-indels，分布在38条染色体的15,052个等位基因上，大部分indels均匀分布在38条染色体上，高密度indels分布在部分染色体的端粒附近区域。

综上所述，高质量毛白杨全基因组序列的解析，填补了毛白杨基因组测序的空白，从基因组水平揭示了毛白杨的亲本起源，解析了白杨派进化中的复制与分化事件，分析了毛白杨亚基因组染色体结构变异和等位基因Indel，研究结果为开展杨树功能基因组学研究、基因编辑、杂种优势研究以及分子设计育种奠定了基础。

江南的注册网址安新民教授、毛建丰教授、北京源宜基因张仁纲博士和美国俄勒冈州立大学Steven H. Strauss教授为本论文的共同通讯作者，安新民教授、高凯博士、陈仲青年研究员为本论文的共同第一作者。 江南的注册网址叶梅霞青年研究员、博士生李娟、杨晓宇、Wasif Ullah Khan、季乐翔和Nada Siddig Mustafa以及硕士生周静、郭婷、赵田芸、黄赛、苗得雨、饶翩、雷炳琪、廖维华、王佳等，山西省林科院郭斌副研究员，山东省林科院李善文研究员，北京源宜基因科技股份有限公司云权正硕士，美国佛蒙特大学Stephen R. Keller教授等也参与了该项研究。研究工作得到了国家“十四五”重点研发项目“林木基因编组辑技术研究”、国家科技重大专项 (No. 2018ZX08021002-002-004)和国家自然科学基金项目 (No. 31570661)的共同资助。