土壤氮素短缺是限制作物生产的主要因素，每年农业消耗的肥料中约有60%是氮肥，增加氮肥施用提高了产量但带来了污染和资源浪费。从全基因组水平上解析作物氮高效的遗传及分子机制，培育氮高效作物新品种，提高作物的氮素利用效率，是解决我国与世界农业的面源污染、实现农业可持续发展和保护环境的关键。氮素利用效率（NUE）涉及氮的吸收、运输、同化、储存和再利用等过程，由许多基因控制，对小麦的高氮利用率的作用机制没有得到很好的解释。
年，中国科学院大学遗传发育所发表于《MolecularPlant》（IF=21.）的“ComparativegenomicandtranscriptomicanalysesuncoverthemolecularbasisofhighnitrogenuseefficiencyinthewheatcultivarKenong”文章，通过比较转录组和比较基因组的研究为阐明小麦NUE提供了机会。
一、实验设计
本研究组装了小麦KN基因组，系统地鉴定了与氮吸收和代谢相关的基因，并在全基因组水平上表征了KN的NUE机制，利用基因组、转录组、表观组及重要基因功能揭示了驱动高氮利用率（KN）与低氮利用率（J）两个小麦品种之间NUE差异的分子机制。
图实验设计
二、实验结果
1、小麦KN基因组组装，注释和分析
为了研究小麦NUE的分子机制，使用二代测序、PacBio测序和Hi-C分析的组合策略对小麦KN的基因组进行测序和组装。组装的小麦基因组大小为14.77Gb，scaffoldN50是21.87Mb。通过Hi-C分析，将14.24Gb组装序列分配给21条染色体。对低NUE品种J的基因组进行了40x重测序，通过比对KN基因组检测到存在/缺失变异和拷贝数变异，并在J中鉴定了34,个基因缺失，长度范围从25bp到56kb；鉴定了个重复序列，长度范围从bp到kb。通过对小麦KN基因组注释，研究确定了3,,个转座因子（TE，图1D），两个LTR逆转录转座子超家族，即RLG（Gypsy）和RLC（Copia），以及一个DNA转座子超级家族DTC（CACTA），约占TE总拷贝数的75%，占TE总序列长度的90%以上。预测了总共,个高置信基因，根据基因序列及注释信息，将个基因注释为氮代谢基因（NMGs）。NMG包含各种基因家族，包括硝酸盐转运蛋白（NPF、NRT2、NAR2、CLC、SLAH）、硝酸还原酶（NIA、NIR）、铵转运蛋白（AMT）、铵同化蛋白（GS、GOGAT、GDH、ASN、AspAT）、氨基酸转运蛋白（APC）和与氮代谢相关的转录因子（TF）。NMGs主要位于染色体的长短臂的两端，每条染色体上有28-55个NMG。Hi-C结果分析表明，小麦KN染色体形成了与大麦和玉米相似的三维U型结构，即典型的“Rabl”构型，并对21条染色体的