菵草（Beckmannia syzigachne），作为禾本科菵草属的一种一年生草本植物，在湿地生态恢复和防止水土流失方面扮演着关键角色。然而，在农业生态系统中，由于其出色的适应性和强大的繁殖能力，菵草已成为稻-麦轮作田地中的主要恶性杂草，特别是在除草剂抗性菵草涌现后，对作物产量构成了严重威胁。因此，深入探究菵草的基因组特性及其适应机制，对于科学制定农田管理策略具有至关重要的意义。
近日，浙江大学农业与生物技术学院在《Plant Communications》期刊上在线发表了题为“Assembling a reference-quality genome and resequencing diverse accessions of Beckmannia syzigachne provide insights into population structure and gene family evolution”的研究论文，该研究成功公布了麦田恶性杂草菵草（Beckmannia syzigachne）的高质量参考基因组，并深入揭示了中国境内菵草的群体结构特征及其进化历程，为后续的菵草有效管理策略制定及杂草基因组学研究奠定了坚实的基因组数据资源基础。
研究团队运用PacBio-HiFi技术与高通量染色体构象捕获（Hi-C）数据，综合多种高性能de novo组装工具的优势，成功组装了菵草基因组，该基因组包含7条染色体，总长度为2786.6 Mb，展现出高完整性和高连续性（BUSCO完整性达99.1%，LAI=21.2，平均QV=57.35），其中重复元件占比高达88.28%。除6号染色体上存在的一个高杂合间隙外，其余6条染色体均达到端粒至端粒（T2T）水平，全面揭示了菵草7条染色体的端粒和着丝粒区域特征。基因组注释共预测出48,711个基因。通过比较基因组学分析，研究揭示菵草经历了两次潜在的全基因组复制（WGD）事件，导致与资源获取和能量代谢相关的基因家族显著扩张，可能增强了其在多变环境中的适应能力。此外，非靶标抗性（NTSR）基因家族的显著扩张，为菵草快速适应除草剂逆境提供了遗传基础。
此外，研究团队对中国11个省市、涵盖7种不同生态系统的110个菵草样本进行了深入的重测序分析，系统性地探究了其遗传多样性与群体结构特征。系统发育分析揭示，尽管东北与西南地区菵草样本地理上相隔甚远，却展现出较高的遗传相似性；相反，长江中下游地区的样本间遗传分化程度较低，暗示了快速的种群扩散趋势。通过比较基因组学研究，发现菵草的遗传多态性（π=1.189×10-5）相较于其他杂草显著偏低，这可能与该物种的高自交率、农业管理活动的强烈影响以及潜在的遗传瓶颈效应密切相关。在全球环境持续变化的当下，深入理解植物适应性进化的遗传机制对于促进可持续农业发展及保护植物生物多样性具有重大意义。本研究不仅为菵草等杂草的基因组学研究提供了丰富的数据资源，还为探讨植物在快速变迁环境中的适应性策略开辟了新视角。
浙江大学农学院韩漾博士为论文的第一作者，李欣欣博士和叶楚玉教授为共同通讯作者。浙江大学农学院吴建祥教授和澳大利亚CSIRO朱乾浩研究员也参与了本研究工作。该研究得到了浙江省自然科学基金和浙江省科技厅项目的资助。