人参（Panax ginseng C.A.Meyer）一直是中国传统医学中最名贵的药材之一,被誉为“百草之王”。人参的许多药效也被现代生物学和医学研究所证实,并已被应用到包括肿瘤、心血管疾病等多种疾病的治疗中。但由于生长周期长,加之过度人为采挖,野生人参资源逐渐萎缩并面临枯竭,已被列为“国家重点一级保护野生植物名录”。因此,人参的利用主要依赖栽培人参。但可供人参栽培的土地资源有限、栽培人参的质量也存在诸多问题,这些因素都严重制约了人参产业的可持续、高质量发展。日新月异的现代生物技术有望助力这些问题的解决。例如,利用组织培养技术繁殖珍稀人参种源,以及通过基因组选择技术缩短人参育种年限等。但相关技术的建立需要一系列的基础研究性问题的解答。如,人参组织培养再生能力（细胞全能性）如何?体细胞无性系变异的程度怎样?而无论是对这些基础科学问题的回答,还是基于基因组学的现代生物育种技术的研发,都需要有高质量的人参基因组信息。大量研究表明,植物离体培养愈伤组织的细胞全能性经过一定的继代时间（通常1-2年内）后会迅速下降乃至完全丧失。尽管植物细胞全能性下降或丧失的机制尚不完全清楚,但包括染色体不稳定性在内的体细胞无性系变异（somaclonal variation）被认为是主要原因之一。染色体不稳定性（chromosome instability,CIN）包括数目和结构2个方面。染色体数目不稳定性指整条染色体的丢失和/或增加;而染色体结构不稳定性包括易位、倒位和大片段的拷贝数变异。此外,在诱导愈伤组织的去分化过程和后续继代的过程中,会造成正常细胞调控受损,引发包括核苷酸序列变异（single nucleotide polymorphism,SNPs）和小片段插入/缺失（insertions/deletions,Indels）等类型的体细胞无性系变异。针对上述人参研究的现状和趋势,本研究提出以下科学问题:（1）人参愈伤组织继代过程中是否会出现全能性的衰减或消失?（2）人参愈伤组织培养过程中是否会出现染色体水平（CIN）和核苷酸序列水平（SNPs）的体细胞无性系变异?如果发生,其规律性和特点是什么?（3）染色体水平（CIN）与核苷酸序列水平（SNPs）的体细胞无性系变异之间是否相关?（4）染色体水平（CIN）和核苷酸序列水平（SNPs）的体细胞无性系变异与人参愈伤组织细胞全能性之间是否存在联系?如以上提及,本研究也将完成高质量的人参基因组信息,为回答以上问题创造前提条件。本文开展的主要研究内容和取得的主要研究结果如下:首先,本研究采用最新的三代Nanopore测序+Hi-C辅助基因组组装和染色体挂载相结合的技术,完成了1个高质量人参基因组的组装和注释。研究获得了序列总长度为3.36 Gb,contig N50为28.71 Mb（99.93%挂载到染色体）,总测序深度覆盖基因组76.74x的人参基因组序列,包括3.07 Gb的重复序列和65,913个蛋白编码基因;其次,本研究利用连续继代12年的人参愈伤组织,评价了人参愈伤组织的全能性,研究了染色体数目和结构变异情况。研究发现人参愈伤组织具有近乎永生的再生能力,即细胞全能性,而且人参愈伤组织在继代培养12年后在染色体数量和结构上保持高度稳定,即未出现明显的CIN;再次,本研究详细分析了第5年、第9年和第12年继代的人参愈伤组织中可能参与染色体稳定性和细胞全能性维持的基因表达情况。研究发现,通过同源比对获得的与拟南芥全能性相关、与人染色体稳定相关的人参同源基因,在3个不同时间的人参愈伤组织继代培养样本中都稳定表达,GO富集显示这些基因在特定的生物学过程中发挥了诸多重要作用;最后,本研究对长期培养的人参愈伤组织的再生植株进行了全基因组重测序,并进行了全基因组单碱基分辨率的遗传变异分析,探讨了变异基因的基因组特征、染色体分布、基因类别,以及与表达的相关性。研究发现,再生植株内存在SNPs形式的体细胞无性系变异,其主要特征为:（1）非随机分布在人参染色体的不同区域上;（2）非同义突变率高于同义突变率;（3）细胞全能性和染色体稳定性相关基因的突变率低于整体基因;（4）突变基因的表达水平高于非突变基因;（5）突变基因富集到参与组织、发育和繁殖等关键生物过程相关的基因途径。综上所述,本研究在成功组装高质量人参基因组基础上,首次发现了离体培养人参愈伤组织具有的2个独特的生物学特性,即长期的细胞全能性和染色体稳定性,并为后续探究决定这2个特性的分子机制提供了候选基因。此外,发现离体培养人参愈伤组织在核苷酸序列水平的体细胞无性系变异没有影响染色体稳定性和细胞全能性。本研究结果加深了我们对植物组织培养细胞全能性及其与染色体稳定性和核苷酸序列水平变异关系的理解,为通过离体培养愈伤组织扩繁珍稀人参种源的可行性提供了科学依据;组装并注释的高质量人参基因组为人参进化研究和基于基因组选择的现代生物育种技术建立奠定了基础。