流式細胞術(FCM)因其具有標準化流程、操作簡便和高可靠性的特點，長期以來被視為植物基因組大小估算的主流方法。然而，隨著測序技術的發(fā)展，K-mer分析作為一種基于測序數據的估算手段迅速崛起，可同時提供雜合度、重復序列等多種基因組結構信息，逐漸成為研究熱點。兩者在精度、適用范圍及數據要求上存在顯著差異，在基因組結構復雜的物種中尤為明顯。

黃杞屬(Engelhardia)作為胡桃科典型的熱帶樹種，物種分化明顯但基因組研究基礎有限，是探索不同估算方法適用性的理想對象。該研究以黃杞屬5個代表物種為研究材料，系統(tǒng)比較了流式細胞術與K-mer分析在基因組大小估算中的準確性與局限性，旨在為非模式植物基因組大小估算方法的選擇提供實證參考。對此，中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)植物系統(tǒng)發(fā)育與多樣性保護研究組開展了相關研究。

研究表明K-mer分析不僅可同時提供基因組大小(724–1,130 Mb)、雜合度(0.45%–1.08%)與重復序列比例(13.8%–58.3%)等多維度的基因組特征信息(圖1a-e)，還能適用于無新鮮組織樣本、僅有測序數據的情況，尤其適合缺乏細胞學數據的非模式植物研究。但該方法存在以下局限性：1.在高雜合度物種(如E. spicata各變種及E. roxburghiana)中，因異源位點引發(fā)次級K-mer峰易被誤判為主峰，導致基因組大小顯著低估;2.在重復序列比例高的物種(如E. fenzelii，重復比例高達58.3%)中，K-mer分布圖形主峰扁平或模糊，模型擬合偏低，從而導致基因組大小高估;3.估算結果高度依賴K值(k-mer長度)等參數設置，K值越小越可能高估重復序列比例，且模型R2值與殘差也受到顯著影響。

相比之下，FCM方法結果穩(wěn)定(800–870 Mb)、重復性好(圖2a-e)，并在標準化條件下能精確地反映細胞核DNA含量，尤其是E. roxburghiana FCM測值與高質量參考基因組組裝大小(884.78 Mb)高度吻合(差距<4%)。但FCM也存在局限：需使用新鮮組織或精細保存的細胞核;染色條件(如PI染料)、內標植物選擇及樣品中次生代謝物均可能干擾結果。

研究最終指出，FCM操作簡便、成本低廉，依然適用于非模式植物中基因組大小的初步評估;K-mer方法則在擁有高質量測序數據時能提供更豐富的結構信息。兩種方法在各自優(yōu)勢基礎上，應依據具體研究目標進行互補整合，以提高基因組大小估算的準確性與實用性。研究的核心在于挑戰(zhàn)了“K-mer分析全面優(yōu)于FCM”的技術偏見，提出方法選擇應基于研究目標：FCM適合快速、準確的初步估算，而K-mer分析可在高質量測序數據支持下，補充基因組結構與復雜度信息。對于黃杞屬這類缺乏基因組資源的非模式植物，整合兩種方法才能實現準確的基因組大小估算。相關研究以Is it time to abandon the flow cytometry in estimations of genome size when the K-mer analysis is available?The case of Engelhardia species為題發(fā)表于Genomics Communications上。版納植物園植物系統(tǒng)與多樣性保護研究組碩士研究生李敏為該文的第一作者。孟宏虎副研究員、李捷研究員和蘭州大學生態(tài)學院武生聃教授為該文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、“西部之光”人才計劃、云南省“興滇英才支持計劃”以及中國科學院東南亞生物多樣性研究中心的資助。

圖1

圖2