农谚：好种出好稻，坏种出稗草；稗草拔光，稻谷满仓。

背景

稗草（Echinochloa crus-galli）是世界各地农业领域的有害杂草，根据联合国粮农组织的统计，杂草每年造成巨大的作物产量损失估计超过950亿美元，而且其能快速适应人为介导的环境，因此，杂草是从进化角度研究植物环境适应性的理想模型。

在重要的农业杂草中，只有双子叶甜菜（Conyza canadensis）已经将其全基因组测序。在稗草种类中，E.crus-galli（2n=6x=54）是最普遍的物种，其次是Echinochloa colona和四倍体Echinochloa oryzicola。最近，E.crus-galli具有除草剂抗性，使其成为世界上最有害的除草剂抗性杂草之一。

结果

1、材料

材料选取是位于长江下游形态学上与栽培稻高度相似的STB08（2n=6x=54）

2、组装、注释

构建160bp~20Kb梯度文库，通过Illumina HiSeq 2000平台共测207.4Gb二代数据，同时加入32.9Gb的三代数据，利用SOAPdenovo2进行初步组装，接下来通过OPERA-LG v2.0.5和GapCloser v1.1进一步优化Scaffold和Contig，然后使用Redundans过滤冗余的杂合序列，最后三代数据通过Canu校正，使用PBjelly进一步提升组装结果（哇，这个可以说使用很多组装软件优化呀）。最终组装得到1.27Gb的基因组序列，与Kmer评估结果（1.4Gb）小了一些，Scaffold N50达到1.8Mb。装完了那肯定要评估组装结果的准确性（这个结果肯定不会差，小编就不废话了）。

  通过从头、同源和转录组三种策略预测得到108,771个编码蛋白，其中有85%以上的基因可以被同源物种和转录组数据支持。预测到了785个miRNA等。重复序列占基因组的40.7%，其中LTR占到21.9%。

与其他五个物种进行比较基因组分析，总共有72,363个基因被分为26,679个家族，其中6,789个家族为稗草特有。通过单拷贝蛋白进行进化树构建发现与水稻大约在48.5Mya发生分化。由于该物种为多倍体，因此应该会与古多倍化事件有关。

3、与排毒相关的基因家族

诸如细胞色素P450（CYP450）和谷胱甘肽S-转移酶（GST）的基因家族通常与杂草化合物的解毒或非合成除草剂对杂草的非目标位点抗性有关，此外，CYP450家族的一些成员经常参与二级代谢生物合成。在稗草基因组中，鉴定出总共917个CYP450和277个GST基因，显着高于其他五种草，拟南芥中只有249-354 CYP450和65-107 GST。通过与水稻进行对比也可以发现，稗草中显著高于水稻。

4、稗草对水稻的病害转录曲线

为了鉴定涉及稗草对水稻的病害的候选基因，分别选取单独培养和与栽培稻共生的样品，使用单培养植物的转录组作为参考，鉴定了总共4,945个差异表达基因（DEG），包括2,534个上调基因和2,411个下调基因，使用Mapman软件的途径富集分析表明，共培养的稗草中显着下调的基因参与光合作用和四吡咯合成，表明水稻植物可能通过抑制稗草的光合基因表达。相比之下，与“细胞色素P450”，“油菜素甾体激素代谢”，“苯丙素代谢”相关的途径大部分DEG在共同培养的稗草中被上调。这些富集途径中鉴定出的上调DEGs可能会导致关键反应途径，允许稗草在其相互作用期间保护自身免受水稻侵害。

5、用于合成DIMBOA的基因簇

DIMBOA生产的基因簇迄今仅在玉米中已被描述，在稗草基因组发现了三个拷贝的DIMBOA基因簇。转录组数据表明，与单培养的稗草相比，在与粳稻共培养的稗草中，这些基因几乎所有的拷贝都显着上调。

同时也发现合成momilactone A的基因簇，该基因簇高表达有助于抵抗稻田环境中的爆发感染。

参考文章

Echinochloa crus-galli genome analysis provides insight into its adaptation and invasiveness as a weed