Plant Com | 华中农业大学丁芳团队组装长春花高质量基因组并解析黄龙病菌快速增殖的分子机制

柑橘黄龙病是世界范围内柑橘生产上的毁灭性病害，严重制约着柑橘产业的健康发展。由于迄今为止柑橘黄龙病病原仍然无法获得离体纯培养；同时，柑橘作为一种木本果树，遗传转化及功能基因组学研究步履维艰，严重阻碍了黄龙病病原-寄主互作机制的深入解析。

图2. 长春花和柑橘受到柑橘黄龙病菌CLas侵染后的症状差异

长春花（Catharanthus roseus）是夹竹桃科长春花属多年生草本植物。众多研究表明长春花是柑橘黄龙病菌适宜的草本寄主。长春花感染黄龙病菌后可在较短的时间内表现为黄化、斑驳等典型症状，与柑橘植株染病后症状一致，且病原菌可在长春花筛管细胞内大量繁殖，可以避开以柑橘作为寄主存在潜伏期长，不易表现症状，发病早期工作开展困难等弊端，是研究黄龙病菌病原寄主互作的理想材料。另外，由于长春花可以产生大量的具有抗癌活性的长春花碱等代谢物，也是医学研究重要的试验材料。因此，为了下一步工作的顺利开展，有必要开展基因组测定及分析工作。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100661

2023年7月17日，Plant Communications在线发表了华中农业大学植物科学技术学院丁芳副教授带领的柑橘黄龙病研究小组题为“A near-complete genome assembly of Catharanthus roseus and insights into the biosynthesis of vinblastine and its high susceptibility to Huanglongbing pathogen”的研究论文，结合PacBio、BioNano和Hi-C测序，组装了高质量的长春花（“Pacifica XP Burgundy”）基因组，基于组装得到的高度连续的长春花基因组（组装大小561.7 Mb，包含89条scaffolds序列且scaffolds N50为71.1 Mb），着重分析了长春花适宜于柑橘黄龙病菌快速增殖的机理，同时结合代谢途径基因的独特基因簇和染色质构象解析长春花碱生物合成通路。

作者首先通过黄龙病菌CLas，柑橘和长春花的比较基因组、转录组分析发现：在长春花中特异性高表达的氧化磷酸化、无氧呼吸、TCA循环和PPP途径的催化基因可能弥补了黄龙病菌CLas中营养、能量和氮源代谢产物的相应基因的缺失；而长春花中抗性基因（nucleotide-binding leucine-rich repeat proteins, protein kinases, WRKY transcription factors和GDSL esterase/lipase）在受到黄龙病菌CLas侵染后的不敏感性也为CLas在长春花中的快速繁殖和传播提供了有利条件。

图3. 长春花基因组特征，长春花碱合成调控网络

和受到黄龙病菌CLas侵染后基因的差异表达

作者同时对长春花的不同组织进行了转录组和代谢组的联合分析，构建了长春碱生物合成相关基因的调控网络，并鉴定了潜在的候选调控转录因子（bHLH、AP2/ERF和MYB）。此外，还推测了一些可能参与催化从3'，4'-脱水卵磷脂到长春新碱合成过程的候选基因（目前催化这一过程的基因尚未鉴定），如p450、加氧酶和酰基转移酶等。

总之，高质量的长春花参考基因组序列为进一步的功能基因组研究提供了基础，为深入开展柑橘黄龙病菌病原寄主互作机制奠定了基础。

上述研究得到了国家自然科学基金（31872077）、国家重点研发计划（2021YFD1400800）和云南省对外合作专项（No.20203AD150014）的资助。

本文转载自Mol Plant植物科学

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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