Nature Communication |我院刘仲健教授团队与中国林科院亚林所汪阳东研究员团队共同解析山苍子及樟科进化和精油合成分子机制

来源: 艺术园林学院  发布时间: 2020-04-13   信息员:   

202043日,Nature Communications在线刊出了我院兰科植物保护与利用国家林业和草原局重点实验室刘仲健教授团队、中国林科院亚热带林业研究所汪阳东研究员团队等题为“The Litsea genome and the evolution of the laurel family”的重要成果,揭示了山苍子及樟科进化和其精油合成分子机制。

樟科植物(隶属樟目,木兰类分支)是我国南方重要的经济和生态树种,我国约有20属,423种,樟科精油富含丰富的单萜化合物,如樟脑、桉叶油醇、柠檬醛等,在材用、药用、香料、医药上都占有重要的经济价值。山苍子作为樟科的代表种之一,鲜果皮精油含量高达到4-7%,单萜化合物含量高达98%,具有抗病毒、杀菌、消炎、理气保健作用,是应用广泛的国内传统香料调料、国际高级香料和医药原料。山苍子栽培面积21.06万亩,占全国经济林总面积的0.04%,我国山苍子精油年产量14.01万吨, 为世界上最大的生产国和出口国。同时,樟科花小、花絮形态多样、存在双性花和单性花,使得其形态演变及进化位置研究困难;樟科特殊香味关键化合物合成的机理尚不清楚。因此,从基因组水平探讨樟科的进化、花形态演变分子证据及特殊香味的遗传基础,对揭示樟科植物的生物学特性、应用推广及遗传育种具有指导作用。 

山苍子测序项目获得了大小为1.37GcontigN50607.34 kb的基因组,通过Hi-C技术,进一步将基因组锚定到24条染色体,锚定率94.56%Scaffold N50达到1.76 Mb,获得质量优良的山苍子基因组图谱。同时,为开展樟科形态演变和香味合成的分子基础研究,对樟科在中国分布的2047代表种进行了低盖度基因组测序,16个属23代表种进行了混合组织和花苞转录组测序。基于山苍子基因组图谱和樟科各属代表种组学信息,首先揭示了不完全谱系分选对木兰类与单双子叶植物分化起重要作用,为樟科复杂的系统发育关系提供了新的证据;基因组复制事件(WGD)表明,山苍子发生了两次WGD事件,古老的一次发生在樟目和木兰目分化前,近一次发生在樟科内部分化之时。其次,系统研究了樟科各代表属系统发生关系;提供了樟科花絮从总状花序、圆锥花絮向伞形花絮演变的分子证据,以及樟科从单性花到两性花的性别分化过程中重要的调控基因。此外,揭示了单萜合成酶基因家族mono-TPS在樟科发生了显著扩张,对樟科单萜化合物的多样性形成起到了重要作用,进一步通过瞬时过表达和酶活实验,鉴定了调控山苍子关键单萜化合物合成的关键基因。

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项目成果构建了我国樟科重要经济林木山苍子的基因组高质量染色体图谱,解析了樟科树种特有香味关键化合物形成的遗传基础,为樟科树种以及木本香料经济林木遗传育种提供借鉴意义。

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中国林科院陈益存副研究员、比利时根特大学李臻博士后、中国林科院赵耘霄博士、中国林科院高暝助理研究员、华南农业大学王洁雨博士、清华大学刘可为博士是论文的共同第一作者,我院兰科植物保护与利用国家林草局重点实验室刘仲健教授、中国林科院汪阳东研究员、台湾成功大学蔡文杰教授、比利时根特大学Yves Van de Peer教授为本文的共同通讯作者。兰科植物保护与利用国家林草局重点实验室兰思仁教授、章迪杨参与该项研究。

  

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15493-5


 

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