2024年5月10日,，《植物通訊（Plant Communications）》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）樊偉團(tuán)隊(duì)題為“The genomes of seven economic Caesalpinioideae trees provide insights into polyploidization history and secondary metabolite biosynthesis”的研究論文,。該研究成功解碼了云實(shí)亞科七種經(jīng)濟(jì)物種的高質(zhì)量基因組及其演化歷史,。

云實(shí)亞科是豆科的第二亞科,，僅次于蝶形花亞科,。云實(shí)亞科匯聚了眾多知名樹木,，這些樹木不僅在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中占據(jù)重要地位,，對(duì)于維護(hù)人類健康也起到了不可忽視的作用,。皂莢的果實(shí)（皂角）是一種天然清潔材料的重要來源,，如今已廣泛應(yīng)用于洗發(fā)水和化妝品行業(yè),，并且皂莢的種子（皂角米）因富含皂苷營養(yǎng)成分而成為當(dāng)下流行的保健食品。蘇木的干燥心材則是一種天然染料,，其色澤鮮艷且持久,，不僅可以為食品和飲料增添誘人的色彩，還能為衣物帶來獨(dú)特的韻味,。合歡,、鳳凰木和臺(tái)灣相思樹，這些樹木以其獨(dú)特的美麗葉子和絢爛花朵而著稱,，成為花園和路邊的亮麗風(fēng)景,。銀合歡生長迅速，其木材不僅可用作造紙工業(yè)的原料,，還可作為飼料植物,，為畜牧業(yè)提供了豐富的飼料資源。光莢含羞草,，最初引入國內(nèi)種植主要是作為薪柴資源,，后來則逃逸并演變?yōu)橐环N造成嚴(yán)重環(huán)境損害的入侵植物，需要加以防范和控制,。

研究團(tuán)隊(duì)利用PacBio CCS（HiFi）三代測序,、Hi-C染色質(zhì)構(gòu)象捕獲測序技術(shù)和自主開發(fā)的scaffolding工具EndHiC構(gòu)建了皂莢（921 Mb）、蘇木（872 Mb）,、合歡（705 Mb）,、鳳凰木（580 Mb）、臺(tái)灣相思樹（566 Mb）,，銀合歡（1,338 Mb）和光莢含羞草（641 Mb）的高質(zhì)量參考基因組,。其中，大部分物種為二倍體,，參考基因組包含約4萬個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因,；而銀合歡為八倍體，其參考基因組包含高達(dá)10萬個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因,。

圖1 | 染色體共線性

云實(shí)亞科物種的基本染色體數(shù)目有13和14兩種類型,，通過這七個(gè)物種的染色體共線性比較,，揭示了該差異是由一條不穩(wěn)定染色體的融合和斷裂造成的。在云實(shí)亞科物種共有的古代全基因組復(fù)制（CWGD,，~72.0 MYA）之后,，本研究在銀合歡中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)最近連續(xù)的全基因組復(fù)制事件LWGD-1（16.2-19.5 MYA）和LWGD-2（7.1-9.5 MYA），從而解釋了銀合歡的八倍體的成因,。并且,，通過基因組大小和基因數(shù)目的比較，推測出銀合歡在隨后的二倍化過程中發(fā)生了約40%的基因丟失和基因組大小收縮,。

圖2 | 全基因組復(fù)制事件的分化時(shí)間

云實(shí)亞科植物可以產(chǎn)生許多有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的次生代謝物,，例如含羞草堿和三萜皂苷。本研究鑒定了這些物種中參與含羞草堿代謝的所有基因拷貝,，并揭示了銀合歡中豐富的含羞草生物合成基因在很大程度上解釋了其含羞草堿高產(chǎn)量,。另外，在皂莢中鑒定了參與三萜皂苷生物合成的125個(gè)潛在基因,，為后續(xù)三萜皂苷的生物合成研究打下理論基礎(chǔ),。

綜上，本研究構(gòu)建了云實(shí)亞科中七種有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物種的染色體級(jí)別參考基因組,，解析了云實(shí)亞科染色體基數(shù)差異原因,，發(fā)現(xiàn)了銀合歡的兩次特有的近期全基因組復(fù)制事件，鑒定了含羞草堿和三萜皂苷次生代謝物基因拷貝,。該研究為云實(shí)亞科物種的進(jìn)化研究,、植物醫(yī)學(xué)成分的生物合成研究提供了寶貴的資源。

基因組所與青島農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)培碩士研究生陳容,、基因組所博士研究生孟思含為文章的共同第一作者,，基因組所樊偉研究員為論文的通訊作者。該研究得到深圳市基礎(chǔ)研究項(xiàng)目,、深圳市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金和農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新計(jì)劃的支持,。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100944