北京农学院/北京林业大学合作解析槲树染色体水平基因组，揭示其叶色转变的调控机制

栎属植物（Quercus L.）统称为橡树或栎树,是北半球温带与亚热带森林最重要的生态建群种。其中，槲树（Quercus dentata）作为栎属米索组物种，广泛分布于东北亚地区，槲树树龄长，树型高大，生态适应性强，其叶片大且叶型奇特，秋色叶为红色，次生代谢产物丰富，经济和景观价值高，是典型的多功能生态景观树种。尽管槲树有很大的潜在用途和重要价值，但其关键性状的遗传基础和遗传多样性仍有待探索，获得高质量的基因组至关重要。

树木秋色叶转变伴随着叶片衰老过程中的叶绿素降解和花青素合成两个过程。然而，在环境信号如秋季低温和光照时间变化的影响下，对于叶片衰老和着色两个过程是否存在偶联或协同调控机制仍不清楚。以槲树高质量基因组图谱为基础，通过整合不同叶色转变时期的转录组和代谢组数据，深入探索秋色叶变色和衰老过程中的分子调控机制，可为栎属植物的适应性和基因组功能研究提供基础。

近日，北京农学院/北京林业大学合作团队在New Phytologist在线发表了题为“Chromosome-scale genome assembly and insights into the metabolome and gene regulation of leaf color transition in an important oak species, Quercus dentata” 的研究论文，解析了槲树染色体水平基因组，并揭示了其叶色转变的调控机制。

该研究结合Nanopore长读长测序与Hi-C技术，获得了槲树高质量基因组组装（893.54 Mb）和功能注释，进行了比较基因组分析和同源物种共线性分析，鉴定了槲树秋色叶转变过程中类黄酮合成和叶绿素降解途径相关代谢通路。

图1. A槲树基因组特征；B系统发育、基因家族和共线性分析；C 叶色转变过程中类黄酮含量的变化；D叶色转变过程中相关转录因子表达量分析

通过对叶色变化5个时期的转录组和代谢组联合分析，构建了槲树叶色变化过程中叶绿素降解和花青素合成的时序性基因共表达调控网络，并基于酵母单双杂交实验对关键基因调控模式进行了验证。该研究揭示了在槲树叶色转变过程中以NAC，MYB，HY5转录因子为核心的叶绿素降解和花青素合成的协同调控机制。

图2. 槲树秋色叶转变过程中叶绿素降解和花青素合成的分子调控网络

北京林业大学生物科学与技术学院与北京农学院林木分子设计高精尖创新中心联合培养博士生王文波，北京农学院园林学院副教授何祥凤和北京林业大学生物科学与技术学院博士生严雪梅为论文的共同第一作者，北京农学院园林学院冷平生教授，胡增辉教授和北京林业大学生物科学与技术学院毛建丰教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划项目，北京市教委-北京市自然科学基金联合项目，北京市教委生态修复工程跨学科创新项目和北京林业大学优秀研究生辅导团队建设基金项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/nph.18814

槲树基因组数据链接：

https://ngdc.cncb.ac.cn/search/?dbId=gwh&q=GWHBRAD00000000

转自：“iPlants”微信公众号

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