海带（Saccharina japonica）是北太平洋西北沿岸的重要大型褐藻，广泛分布于中国、俄罗斯、日本和韩国等地。作为全球海藻养殖产量较高的种类，海带在生态和经济上具有重要价值。2020年，海带的鲜重产量达到1086万吨，市场价值超过44亿美元。尽管传统的选择育种和杂交技术已培育出多个优良品种，高质量的染色体水平基因组组装对于进一步的遗传改良依然迫切。
2025年2月18日，中国科学院海洋研究所海藻种质库团队（www.caslivealgae.com)在大型海藻基因组学研究方面取得重要突破，成功构建了海带的高质量染色体水平参考基因组。该成果以'Chromosome-level genome assembly for the ecologically and economically important alga Saccharina japonica'为题发表在国际期刊Scientific Data（Q1，5-year IF = 8.9）。这是该团队在海洋经济藻类基因组研究领域取得的又一重要成果，为海带的遗传改良和基因组学研究提供了关键资源。水产品种质创制与高效养殖重点实验室（中国科学院海洋研究所）李晓东助理研究员为第一作者，逄少军研究员为通讯作者。尊龙凯时人生就是博提供建库测序服务。
研究背景
尽管海带在生态和经济中地位显著，其遗传改良仍受限于基因组资源的不足。此前的研究（如Ye等2015年组装的537 Mb草图基因组，以及Liu等2019年组装的580.5 Mb染色体水平基因组）存在组装碎片化（Contig N50分别为58.87 Kb和4.73 Kb）、注释不完整等问题。高质量染色体水平基因组的缺失，限制了分子育种工具的开发及褐藻进化研究的深入。因此，构建连续性强、注释完整的高质量基因组对海带生物技术创新和生态研究具有迫切需求。
图 染色体水平海带基因组的组装
材料简介
研究团队在测序材料的选择上实现了重要创新——利用孤雌生殖技术培育了纯合二倍体的雌性孢子体（HJS-C株系）作为测序样本，通过抗生素处理消除细菌污染后获得基因组DNA，避免了异源性对基因组组装的干扰，进一步提高了基因组数据的准确性和可靠性。
主要成果
01 组装质量
分析基因组大小为516.11 Mb，Contig N50为491.30 Kb，Scaffold N50达16.24 Mb，显著优于前人研究。96.15%的序列被锚定至32条假染色体（与褐藻染色体数目一致），染色体长度介于9.90 Mb（Chr26）至32.51 Mb（Chr2）。
02 重复序列分析
重复序列占比45.07%，其中转座元件（TEs）占41.76%，总长度232.3Mb。
03 基因注释分析
预测17,739个蛋白质编码基因，其中82%（14,510个）获得功能注释（如Swiss-Prot、Pfam等数据库）。基因平均长度12,489 bp，外显子平均长度231 bp，内含子平均长度1,816 bp，与其他褐藻（如Laminaria digitata）基因结构特征相似。
图 不同海带基因组组装质量之间的比较
研究亮点
01 组装质量突破
相较于Ye等（2015）和Liu等（2019），本研究在连续性（contig N50提升8倍）、染色体挂载率（96.15% vs. 89.19%）和注释完整性（基因注释率82% ，公开）上均实现突破，填补了海带高质量基因组资源的空白。
02 功能注释深度
82%的基因获得功能注释，结合多数据库交叉验证，显著提升基因组可解释性，为分子育种提供精准靶点。明确重复序列（45.07%）与转座元件（41.76%）的分布特征，为研究褐藻基因组进化与适应性提供新视角。
03 应用潜力
该基因组支持海带抗逆性（如高温、酸化）基因挖掘、杂交品种优化及生态适应性研究，推动水产养殖可持续发展。
研究总结
本研究成功完成了海带（Saccharina japonica）的染色体水平基因组组装。研究人员利用多测序手段结合的方法，生成了高质量的基因组序列，组装大小为516.11 Mb，contig N50为491.30 Kb，相比前人组装质量取得巨大进步。该基因组的高质量组装为海带的遗传改良和分子育种提供了重要基础，同时为研究褐藻的生态适应性和进化历程提供了新的视角，推动了海洋藻类的基础研究和应用开发。
研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目、泰山产业领军人才蓝色人才专项、福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室开放课题、国家藻类产业技术体系等项目的资助。
参考文献
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). https://doi.org/10.1038/s41597-025-04620-w