江西省林业科学院樟树创新团队发布高质量樟树基因组为樟属亲缘关系、化合物形成提供新见解

我国樟属（Cinnamomum）植物资源丰富、是开发天然香料与中碳链油脂等代谢物的重要资源。长期以来，由于缺少基因组信息，樟属植物优良性状形成机制、分类与亲缘关系、良种选育与遗传改良等研究进展缓慢。因此，亟需加强樟属植物组学研究，为相关基础和应用研究提供参考数据。

2022年9月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）江西省林业科学院樟树创新团队领衔的题为Chromosome-level genome assembly and resequencing of camphor tree (Cinnamomum camphora) provides insight into phylogeny and diversification of terpenoid and triglyceride biosynthesis of Cinnamomum 的研究论文。

本研究组装了染色体级别樟树（Cinnamomum camphora）基因组，并对24种樟属植物进行了重测序。樟树基因组大小约为723.12 Mb，属高杂合度（1.24%）基因组。在被子植物系统进化中，樟树基因组支持木兰类植物作为真核双子叶植物姐妹分枝的观点。重测序数据显示，24种樟属植物形成了樟组与肉桂组两大分枝，但各物种间亲缘关系并不与形态学分类完全一致，各物种独立成种时间横跨渐新世中期至更新世早期（图1）。

图1 樟树基因组与基于重测序樟属物种亲缘关系分析

随后通过叶精油主成分分析将江西省境内樟树分为5种主要化学类型，对应主成分分别为芳樟醇、樟脑、天然龙脑、1,8-桉叶油素和异橙花叔醇等萜类化合物。萜类合成酶（TPS）是萜类化合物生物合成的关键基因。为了分离调控上述主成分合成关键TPS 基因，作者们通过TPS 基因家族分析结合各化学型叶组织转录组比较，筛选了4个差异表达TPS 基因作为主成分合成关键候选基因，并进一步通过异源表达-体外催化反应与亚细胞定位等实验确认了其中两个候选基因编码1,8-桉叶油素合成酶和异橙花叔醇合成酶（图2）。

图2 樟树TPS基因家族分析与调控主要萜类化合物合成关键TPS基因筛选

此外，本文还鉴定了参与樟树油脂生物合成通路相关基因134个，并通过比较已发布的其它4种樟科植物基因组、发现了其中FatB1（终止脂肪酸碳链延伸）、type-B LPAAT 和DGAT2b（参与及甘油三酯装配）等3个基因在富含长碳链油脂物种中（鳄梨、闽楠）发生了丢失或缺失，推测为可能参与调控樟科中碳链油脂合成的关键基因。

综上，本研究发表了樟树高质量基因组和24种樟属植物重测序数据，为樟属植物系统发育和亲缘关系等研究提供了基础数据；筛选获得了调控萜类化合物和中碳链油脂合成的关键候选基因，为解析樟科植物化学多样性和油脂多样性形成提供了新的理论依据。

本研究由江西省重点青年自然基金（20202ACBL215003）、国家自然基金（31460209）及江西林科学院公益项目（2017512702）联合资助。江西林科院汪信东副研究员为本论文第一作者，华大基因（深圳）许春艳、江西林科院郑永杰博士和伍艳芳研究员为本论文共同第一作者；江西林科院江香梅研究员为本论文通讯作者，江西林科院周诚研究员和中国林科院亚林所汪阳东研究员为本论文共同通讯作者。

团队简介

江西省林业科学院樟树资源高效培育与综合利用创新团队成立于2018年，依托国家林草局樟树工程技术研究中心和江西省林业科学院樟树研究所等平台而建立，致力樟科植物资源收集、保护、选育、基础研究与开发利用。成立以来，在全国各地已收集樟科植物资源逾万份，专门建立各种化学类型樟属植物保存基地2个，审定樟属精油用良种6个。

近年来，团队成员在Horticulture Research、New Phytologist、The Crop Journal、International Journal of Molecular Sciences 等期刊发表论文20余篇。

团队合照

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac216

转自：“园艺研究”微信公众号

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