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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)育位置一直存在爭議。此外，依蘭由于獨特的香味被譽為“花香之王”和“天然香水樹”，具有很大的商業(yè)價值，但是這些獨特性的潛在分子機制很大程度上是未知的。為了深入理解其進化地位以及花香合成機制，中國科學院西雙版納熱帶植物園（以下簡稱“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序技術對依蘭進行了全基因組測序和組裝，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23個代表性被子植物基因組的系統(tǒng)發(fā)育進行分析，分析結果支持木蘭類與雙子葉植物為姊妹類群，在進化水平上晚于單子葉植物。精油和花香揮發(fā)物檢測結果顯示，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，重復基因來源分析發(fā)現(xiàn)串聯(lián)重復事件顯著增加了與依蘭萜類生物合成相關基因的拷貝數(shù)，這可能是依蘭特有香味的代謝物質基礎。同時，研究通過體內、體外酶活驗證、異源瞬時表達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-石竹烯合成的關鍵基因，并受其上游轉錄因子CoSPL3和CoSPL9基因調控。研究結果為木蘭類與單、雙子葉植物之間的系統(tǒng)發(fā)育關系以及倍半萜類物質生物合成的分子基礎提供了重要見解。

相關研究成果以The chromosome-level genome assembly of Cananga odorata provides insights into its evolution and terpenoid biosynthesis為題在國際學術期刊New Phytologist雜志在線發(fā)表。版納植物園與中國科學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隊成員也參與了該研究工作。該項研究得到云南省“云嶺學者”、國家自然科學基金、云南省博士后科學基金等項目支持。

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. 體外酶活驗證和異源瞬時表達鑒定了依蘭β-石竹烯合成的關鍵倍半萜合酶基因CoTPS21.2和CoTPS21.3

本文作者：楊云強（植物基因組演化與次生代謝研究組）