海帶（Saccharina japonica）是北太平洋西北沿岸的重要大型褐藻，廣泛分佈於中國、俄羅斯、日本和韓國等地。作為全球海藻養殖產量較高的種類，海帶在生態和經濟上具有重要價值。2020年，海帶的鮮重產量達到1086萬噸，市場價值超過44億美元。儘管傳統的選擇育種和雜交技術已培育出多個優良品種，高質量的染色體水平基因組組裝對於進一步的遺傳改良依然迫切。
2025年2月18日，中國科學院海洋研究所海藻種質庫團隊（www.caslivealgae.com)在大型海藻基因組學研究方面取得重要突破，成功構建了海帶的高質量染色體水平參考基因組。該成果以'Chromosome-level genome assembly for the ecologically and economically important alga Saccharina japonica'為題發表在國際期刊Scientific Data（Q1，5-year IF = 8.9）。這是該團隊在海洋經濟藻類基因組研究領域取得的又一重要成果，為海帶的遺傳改良和基因組學研究提供了關鍵資源。水產品種質創製與高效養殖重點實驗室（中國科學院海洋研究所）李曉東助理研究員為第一作者，逄少軍研究員為通訊作者。鸿运国际(中国)提供建庫測序服務。
研究背景
儘管海帶在生態和經濟中地位顯著，其遺傳改良仍受限於基因組資源的不足。此前的研究（如Ye等2015年組裝的537 Mb草圖基因組，以及Liu等2019年組裝的580.5 Mb染色體水平基因組）存在組裝碎片化（Contig N50分別為58.87 Kb和4.73 Kb）、注釋不完整等問題。高質量染色體水平基因組的缺失，限制了分子育種工具的開發及褐藻進化研究的深入。因此，構建連續性強、注釋完整的高質量基因組對海帶生物技術創新和生態研究具有迫切需求。
圖 染色體水平海帶基因組的組裝
材料簡介
研究團隊在測序材料的選擇上實現了重要創新——利用孤雌生殖技術培育了純合二倍體的雌性孢子體（HJS-C株系）作為測序樣本，通過抗生素處理消除細菌污染後獲得基因組DNA，避免了異源性對基因組組裝的干擾，進一步提高了基因組數據的準確性和可靠性。
主要成果
01 組裝質量
分析基因組大小為516.11 Mb，Contig N50為491.30 Kb，Scaffold N50達16.24 Mb，顯著優於前人研究。96.15%的序列被錨定至32條假染色體（與褐藻染色體數目一致），染色體長度介於9.90 Mb（Chr26）至32.51 Mb（Chr2）。
02 重複序列分析
重複序列佔比45.07%，其中轉座元件（TEs）佔41.76%，總長度232.3Mb。
03 基因注釋分析
預測17,739個蛋白質編碼基因，其中82%（14,510個）獲得功能注釋（如Swiss-Prot、Pfam等數據庫）。基因平均長度12,489 bp，外顯子平均長度231 bp，內含子平均長度1,816 bp，與其他褐藻（如Laminaria digitata）基因結構特徵相似。
圖 不同海帶基因組組裝質量之間的比較
研究亮點
01 組裝質量突破
相較於Ye等（2015）和Liu等（2019），本研究在連續性（contig N50提升8倍）、染色體掛載率（96.15% vs. 89.19%）和注釋完整性（基因注釋率82% ，公開）上均實現突破，填補了海帶高質量基因組資源的空白。
02 功能注釋深度
82%的基因獲得功能注釋，結合多數據庫交叉驗證，顯著提升基因組可解釋性，為分子育種提供精準靶點。明確重複序列（45.07%）與轉座元件（41.76%）的分佈特徵，為研究褐藻基因組進化與適應性提供新視角。
03 應用潛力
該基因組支持海帶抗逆性（如高溫、酸化）基因挖掘、雜交品種優化及生態適應性研究，推動水產養殖可持續發展。
研究總結
本研究成功完成了海帶（Saccharina japonica）的染色體水平基因組組裝。研究人員利用多測序手段結合的方法，生成了高質量的基因組序列，組裝大小為516.11 Mb，contig N50為491.30 Kb，相比前人組裝質量取得巨大進步。該基因組的高質量組裝為海帶的遺傳改良和分子育種提供了重要基礎，同時為研究褐藻的生態適應性和進化歷程提供了新的視角，推動了海洋藻類的基礎研究和應用開發。
研究得到了國家重點研發計劃青年科學家項目、泰山產業領軍人才藍色人才專項、福建省海洋生物增養殖與高值化利用重點實驗室開放課題、國家藻類產業技術體系等項目的資助。
參考文獻
Li, X., Li, YL., Zhong, C.et al. Chromosome-level genome assembly for the ecologically and economically important alga Saccharina japonica. Sci Data 12, 290 (2025). http://doi.org/10.1038/s41597-025-04620-w
