豆科植物不僅是全球重要的糧食、飼料和經濟作物來源，也是自然界中最重要的共生固氮類群之一。以大豆、苜蓿、菜豆、百脈根等為代表的豆科植物，能夠通過與根瘤菌建立共生關系，將空氣中的氮氣轉化為可被植物利用的氨，從而顯著降低農業生產對化學氮肥的依賴，在保障糧食安全和推動綠色農業發展中具有不可替代的重要作用。此外，豆科植物不僅是研究共生固氮的核心植物材料，也是揭示根瘤共生起源、演化與調控機制的關鍵研究體系。

然而，盡管近年來豆科植物基因組研究取得顯著進展，但現有測序資源在物種覆蓋上仍高度不均衡，研究重點集中于少數模式植物和經濟作物，且多數基因組尚未達到真正的端粒到端粒（telomere-to-telomere, T2T）完整水平。這使得著絲粒、端粒、高重復區以及潛在調控元件等關鍵區域長期處于“缺失”或“模糊”狀態，限制了人們對共生固氮復雜遺傳基礎和調控機制的深入認識。對此，T2T基因組技術的快速發展正在為破解這一瓶頸提供新的可能。

近日，崖州灣國家實驗室王海峰教授在Cell Genomics在線發表了題為 “Toward Telomere-to-Telomere Genomics in Fabaceae: Unlocking Comparative and Functional Insights into Symbiotic Nitrogen Fixation” 的觀點文章。該文系統闡述了豆科植物T2T基因組研究的科學意義與技術路徑，提出建立 Fabaceae Telomere-to-Telomere（FT2T）Initiative，倡議在豆科全家族尺度上推進高質量T2T基因組構建，以支撐共生固氮的比較基因組學、功能基因組學與演化生物學研究。

從“參考基因組”邁向“T2T基因組”：豆科基因組研究進入新階段

文章指出，高質量參考基因組始終是解析復雜生物學性狀的基礎，而T2T基因組則代表了當前基因組組裝的最高標準。與傳統染色體水平組裝相比，T2T基因組能夠完整覆蓋每條染色體從一端端粒到另一端端粒的全部序列，顯著提升復雜重復區域、著絲粒、端粒及大型結構變異的解析能力。論文系統總結了HiFi、ONT超長讀長和Hi-C等多技術聯合的T2T組裝流程，并指出這類完整基因組將為豆科重要性狀研究提供更加可靠的遺傳框架。

補齊豆科基因組“缺口”，為共生固氮起源與演化研究奠定基礎

論文進一步梳理了近年來豆科基因組研究的重要進展。盡管大豆、蒺藜苜蓿、花生、綠豆、菜豆等部分物種已獲得較高質量甚至T2T水平的基因組，但從整個豆科家族來看，現有資源仍主要集中在蝶形花亞科，許多基部類群和代表性譜系仍缺乏高質量參考基因組。這種系統發育覆蓋不足，已成為制約共生固氮起源與演化研究的重要因素。文章強調，只有在更廣泛的系統發育框架下獲取高分辨率基因組，才能更準確追蹤與結瘤和固氮相關基因、調控元件及結構變異的保守、丟失、擴張與重塑過程，從而為回答“共生固氮究竟是單一起源還是多次獨立起源”等長期爭議問題提供更加堅實的證據。

T2T基因組將推動共生固氮研究從“基因存在與否”走向“結構與調控機制解析”

文章認為，豆科T2T基因組的價值不僅在于“把基因組補完整”，更在于其能夠為結構變異解析、調控元件識別、著絲粒和端粒功能研究、以及復雜區域中新基因和新調控模塊的挖掘提供前所未有的精度。論文指出，借助T2T基因組，研究者將能夠更系統地識別共生固氮相關基因的獲得與丟失事件，比較不同物種間關鍵基因及其非編碼調控區的結構差異，并結合結瘤表型和固氮能力數據，解析驅動根瘤共生形成、維持和喪失的深層遺傳基礎。

提出FT2T倡議，構建覆蓋豆科主要譜系的高質量基因組資源體系

基于上述背景，論文正式提出Fabaceae Telomere-to-Telomere（FT2T）Initiative。該倡議旨在面向豆科六大亞科，分階段構建覆蓋主要演化支系的高質量T2T參考基因組資源，重點補足基部類群和代表性不足譜系的基因組空白。文章提出，未來將在國際合作基礎上，圍繞物種選擇、樣品采集、表型鑒定、測序組裝、質量評估和數據共享等環節建立系統化工作框架，并通過開放數據庫整合基因組、注釋、表型和比較分析結果，為豆科功能基因組學和演化研究提供長期支撐。

面向未來：以T2T基因組為基礎，推動比較組學與功能研究深度融合

論文在討論中進一步指出，T2T基因組不僅是比較基因組學研究的新基石，也將成為整合泛基因組、轉錄組、單細胞組學和空間組學的高質量參考框架。基于更完整、更準確的參考序列，未來可在豆科不同物種之間開展更加嚴謹的比較分析，系統解析根瘤多樣性、結瘤能力差異和固氮效率差異背后的保守與特異調控網絡。文章提出，這將有望推動人們更接近識別構建根瘤共生所需的最小基因集合和核心調控模塊，并為未來作物氮素高效利用和農業可持續發展提供理論基礎。

圖1豆科植物遺傳多樣性為解析根瘤共生的演化起源提供關鍵線索

總體而言，這篇Perspective文章并不僅僅聚焦于豆科植物基因組技術本身，而是從比較、功能與演化的更廣闊視角，提出了一個以T2T基因組為基礎、以共生固氮為核心問題的研究藍圖。它為深入理解豆科植物共生固氮的遺傳與演化機制提供了清晰路線，也為未來構建家族尺度高質量植物基因組資源體系提供了重要參考。

崖州灣國家實驗室王海峰教授、楊維才研究員為共同通訊作者。崖州灣國家實驗室石巖、張超為論文共同第一作者。該研究得到了農業生物育種國家科技重大專項的資助。

王海峰教授所在崖州灣國家實驗室生物固氮研究團隊，由楊維才院士擔任首席科學家。王海峰教授長期從事作物基因組學研究，重點圍繞豆科植物共生固氮的基因組基礎、調控機制與演化規律開展系統研究。團隊聚焦豆科及相關固氮植物的高質量基因組組裝、比較基因組學、表觀基因組學、單細胞與空間轉錄組學，以及共生固氮關鍵基因與調控網絡解析，在相關領域取得一系列進展。近年來以通訊作者身份在Trends Plant Sci., Mol. Plant, PNAS, Genome Biol., Cell Genom., Plant Biotechnol. J., Plant Commun.等國內外知名期刊發表論文多篇。

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文章鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666979X26001084