13个龙脑香科植物基因组揭示其演化和龙脑的合成机制

2022年10月27日，西北工业大学联合澳门大学和中科院天津工业所，在植物学知名期刊Plant Communications上发表题为“Thirteen Dipterocarpoideae genomes provide insights into their evolution and borneol biosynthesis”的文章，该研究利用13个高质量的龙脑香科植物的基因组，揭示了它们的基因组演化和龙脑的生物合成机制。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100464

龙脑香科植物是热带雨林中的标志树种，主要种植在我国的西双版纳。龙脑香科植物是大乔木，高可达40-50米，木制坚硬，适用于造船、地板和建筑工程等。龙脑香科植物产生的龙脑具有多种药用价值，可以治疗包括头脑疼痛、牙齿疼痛和风热喉痹等疾病。然而，由于缺乏高质量的基因组，龙脑香科植物的基因组演化和合成龙脑的机制一直不清楚。

图1 龙脑香科植物基因组的演化模型

在本研究中，研究人员首先组装了龙脑香科中物种最丰富属中的13个物种的基因组，这些基因组大小范围在302.6-494.8Mb, 基因组分析支持龙脑香科植物起源于西冈瓦纳大陆。基于基因组序列，研究人员提出了龙脑香科植物的3步演化过程，即从祖先植物的6条染色体演化成目前的11和7条染色体（图1）。

图2 龙脑合成关键酶的鉴定

通过比较基因组学，研究人员进一步发现对植物纤维素合成和次生细胞壁至关重要的纤维素合成酶，在龙脑香科植物中有显著扩张。此外，该研究鉴定了龙脑基二磷酸合成基因，它们能特异催化龙脑化合物的合成（图2）。

综上，本研究利用基因组测序获得了13个龙脑香科植物的基因组，揭示了它们基因组演化的过程。同时，鉴定了龙脑合成的关键酶，为利用合成生物学技术大量合成龙脑提供了元件。

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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