深圳国际研究生院黄来强团队合作发表首个山苍子全基因组图谱 揭示樟科进化和精油合成分子机制


清华新闻网6月19日电 近日,清华大学深圳国际研究生院和清华-伯克利深圳学院教授黄来强团队参与中国林业科学院亚热带林业研究所汪阳东研究员团队、福建农林大学刘仲健教授团队等的合作研究,在《自然·通讯》(Nature Communications)发表题为“山苍子基因组和樟科的进化”(The Litsea Genome and the Evolution of the Laurel Family)的重要成果,公布首个山苍子全基因组染色体水平高质量的图谱,揭示樟科进化和精油合成分子机制。

山苍子是樟科植物的代表种之一。樟科植物隶属木兰类分支樟目,是我国南方重要的经济和生态树种,全国约有20属,423种,富含单萜化合物如樟脑、桉叶油醇、柠檬醛等为主要成分的精油,在材用、药用、香料、医药上都有重要的经济价值。樟科花小、花序形态多样、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;樟科特殊香味关键组分单萜化合物的合成机理尚不清楚。

该研究对山苍子的基因组测序获得了大小为1.37G,contig N50为607.34 kb的基因组,运用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。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20属47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。

樟目物种全基因组复制事件

同时,团队系统研究了樟科各代表属系统发生关系,提供了樟科花序从总状花序、圆锥花序向伞形花序演变的分子证据,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。

樟科花结构的演化

该研究进一步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,并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。

山苍子萜类合成酶系统发育分析及功能验证

该研究成果构建了山苍子的全基因组高质量染色体图谱,为樟科的进化、花形态演变提供了分子证据,解析了樟科植物特有香味关键化合物合成的分子遗传基础,对揭示樟科植物的生物学特性、促进其应用推广及遗传育种具有重要意义。

中国林业科学研究院亚热带林业研究所研究员汪阳东,福建农林大学教授、清华深圳国际研究生院兼职教授刘仲健等为该论文的通讯作者。清华大学深圳国际研究生院和清华-伯克利深圳学院教授黄来强及其博士后刘可为均为该论文的作者,其中刘可为是共同第一作者。

论文链接:

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

供稿:深圳国际研究生院

编辑:李晨晖

审核:程曦


2020年06月19日 13:18:05  清华新闻网

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