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基因組演化研究組 西雙版納熱帶植物園 2024年07月26日 20:34 云南

依蘭（Cananga odorata (Lamk.) Hook. f. & Thomson.）屬于木蘭類番荔枝科依蘭屬常綠大喬木，其相對(duì)于單子葉植物和雙子葉植物的系統(tǒng)發(fā)育位置一直存在爭(zhēng)議。此外，依蘭由于獨(dú)特的香味被譽(yù)為“花香之王”和“天然香水樹”，具有很大的商業(yè)價(jià)值，但是這些獨(dú)特性的潛在分子機(jī)制很大程度上是未知的。為了深入理解其進(jìn)化地位以及花香合成機(jī)制，中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園（以下簡(jiǎn)稱“版納植物園”）植物基因組演化與次生代謝研究組利用多種測(cè)序技術(shù)對(duì)依蘭進(jìn)行了全基因組測(cè)序和組裝，首次獲得了735.83 Mb依蘭端粒到端粒的基因組序列。

依蘭（李飛宇 攝）

研究對(duì)23個(gè)代表性被子植物基因組的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)行分析，分析結(jié)果支持木蘭類與雙子葉植物為姊妹類群，在進(jìn)化水平上晚于單子葉植物。精油和花香揮發(fā)物檢測(cè)結(jié)果顯示，倍半萜是依蘭精油和花香揮發(fā)物中的主要成分，尤其是β-石竹烯。此外，重復(fù)基因來(lái)源分析發(fā)現(xiàn)串聯(lián)重復(fù)事件顯著增加了與依蘭萜類生物合成相關(guān)基因的拷貝數(shù)，這可能是依蘭特有香味的代謝物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，研究通過(guò)體內(nèi)、體外酶活驗(yàn)證、異源瞬時(shí)表達(dá)和酵母單雜體等分析表明，倍半萜合酶基因CoTPS21.2和CoTPS21.3是依蘭β-石竹烯合成的關(guān)鍵基因，并受其上游轉(zhuǎn)錄因子CoSPL3和CoSPL9基因調(diào)控。研究結(jié)果為木蘭類與單、雙子葉植物之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系以及倍半萜類物質(zhì)生物合成的分子基礎(chǔ)提供了重要見(jiàn)解。

相關(guān)研究成果以The chromosome-level genome assembly of Cananga odorata provides insights into its evolution and terpenoid biosynthesis為題在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊New Phytologist雜志在線發(fā)表。版納植物園與中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所聯(lián)培博士后鄭艷，版納植物園博士后楊丹妮為該論文的共同第一作者，楊永平研究員、孔祥翔副研究員和楊云強(qiáng)副研究員為該論文共同通訊作者。版納植物園尹欣副研究員、博士研究生楊興瑜、碩士生陳明月等多名團(tuán)隊(duì)成員也參與了該研究工作。該項(xiàng)研究得到云南省“云嶺學(xué)者”、國(guó)家自然科學(xué)基金、云南省博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。

圖1 端粒到端粒的依蘭T2T基因組組裝全景圖

圖2. 23個(gè)代表性被子植物基因組的系統(tǒng)發(fā)育分析揭示木蘭類為雙子葉植物姊妹群

圖3. 體外酶活驗(yàn)證和異源瞬時(shí)表達(dá)鑒定了依蘭β-石竹烯合成的關(guān)鍵倍半萜合酶基因CoTPS21.2和CoTPS21.3

本文作者：楊云強(qiáng)（植物基因組演化與次生代謝研究組）