薇甘菊（Mikania micrantha）是世界重要的入侵杂草,被国际自然保护联盟（IUCN）列为100种最有害的入侵物种之一。薇甘菊（又名“mile-a-minute”）原产于南美洲和中美洲,入侵到亚洲、南太平洋等70多个国家和地区,是我国重点管控的农林入侵物种。薇甘菊的入侵不仅严重影响当地的生态环境,造成生物多样性降低,而且给农林业生产造成了巨大的经济损失。尽管一些研究已经从细胞学和生理生化角度揭示了薇甘菊快速生长的生物学特性,但由于缺乏基因组和土壤宏基因组等分子遗传的信息,严重阻碍了薇甘菊在快速生长和环境适应等入侵机理的深入研究。因此,本研究对薇甘菊基因组和根际宏基因组开展测序、组装及分析,对薇甘菊基因组和宏基因信息进行全面解读,揭示薇甘菊的快速生长以及环境适应性的分子基础,对入侵植物在组学和分子生物学层面的入侵机制的研究奠定理论基础。主要研究结果如下:（1）获得染色体级别高质量的基因组。采用三代Pac Bio测序数据（122X）组装获得1.79 Gb的薇甘菊单倍体参考基因组序列,包含4,414个contigs,其中contig N50的长度为1.35 Mb。同时采用Hi-C测序技术,将薇甘菊基因组90.3%的序列锚定到19个连锁群（Linkage groups）。薇甘菊基因组共注释了46,351个蛋白编码序列,其基因序列的平均CDS长度为1,242 bp。薇甘菊基因组中的转座子长度为1.31 Gb,约占薇甘菊基因组的73%,其中最主要的是长末端重复序列转座子（LTR）的Gypsy类型,占LTR转座子的70%。（2）确定薇甘菊在菊类植物的分化地位。通过菊科物种之间的系统发育树,发现菊科和葡萄之间的分化时间为109百万年,与向日葵的分化时间为31百万年,从而确定了薇甘菊在菊科中的进化地位。本研究发现薇甘菊在历史上发生了4次全基因组复制事件,分别为薇甘菊基因组WGT-γ,WGT-1,WGD-2和片段化复制事件（SD-3）。（3）揭示薇甘菊的环境适应性和快速生长的分子基础。薇甘菊基因组复制事件保留的基因功能主要富集在催化和水解酶活性,氮化合物代谢和应对环境刺激等相关通路,提高了薇甘菊适应环境的能力。利用比较基因组学分析发现,与其他植物相比,薇甘菊基因组中参与生长素信号转导、茉莉酸合成、养分吸收转运以及参与光反应的基因家族或代谢通路,发生了显著扩张,增强了薇甘菊的生长能力、光合能力和养分吸收能力。（4）获得薇甘菊与本地植物根际宏基因集。二代宏基因组测序共获得336.3 Gb的高质量数据,经过Megahit组装、Meta Prodigal基因预测以及cd-hit软件去冗余,最终获得了25,597,567个非冗余的基因。基于CARAM物种分类算法分析发现,细菌约占基因集的73.7%,古细菌和真核生物分别为0.7%和0.6%。NMDS分析显示薇甘菊与本地植物（鸡屎藤和火炭母）根际土壤微生物群落结构之间有明显的差异。（5）薇甘菊根际微生物通过获得更多的养分资源促进其快速生长。与本地植物相比较,薇甘菊根际较多的富集了肠杆菌、假单胞菌和鞘酯菌等固氮和解磷微生物,该结果从物种组成的角度解释了薇甘菊根际有效氮和有效磷的含量显著高于本地植物。此外,薇甘菊根际微生物参与氮循环的关键基因（nif,ure C,nas A,nir BD,nap A和nap B）的相对丰度高于鸡屎藤和火炭母的根际微生物,而反硝化基因nor B的相对丰度显著低于本地植物,这说明薇甘菊根际微生物能够加速土壤氮循环,提高有效氮的利用率,抢占更多营养资源,为其快速生长提供充足的养分。（6）薇甘菊根际中富集产生防御物质的微生物,抑制土传病原菌,促进其生长。本地植物根际中土传病原菌,青枯菌和尖孢镰刀菌的丰度高于薇甘菊的根际微生物,而且编码病原菌III型分泌系统的基因丰度高于薇甘菊的根际微生物。这可能是由于薇甘菊根际较多的富集了可以产生抗生素或聚酮化合物的微生物,如假单胞菌、细链孢菌和Candidatus Entotheonella,而且薇甘菊根际中也富集了编码II型聚酮合酶的基因,可以合成聚酮化合物,抑制病原菌的攻击,从而促进植物快速生长。