JIPB | 张体操/乔琴/董文轩合作团队揭示栽培山楂基因组演化与代谢途径

山楂是蔷薇科桃亚科苹果族的植物，生产上主要栽培的是羽裂山楂的大果山楂变种。大果山楂是重要的果树和药食同源植物，果实富含糖、有机酸、维生素，以及黄酮类和三萜类等化合物。山楂也是我国传统中药，具有消食健胃、行气散瘀、化浊降脂等功效。现代医学发现山楂作为心脏病、高血压和心力衰竭等的早期治疗药物效果显著。目前山楂的全基因组尚未被报道，限制了其遗传发育、果实品质以及资源利用的研究。

JIPB近日在线发表了由云南中医药大学张体操研究员、云南大学乔琴副教授、沈阳农业大学董文轩教授等国内外联合团队题为“Cultivated hawthorn (Crataegus pinnatifida var. major) genome sheds light on the evolution of Maleae (apple tribe)”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13318）。该研究对药食同源植物大果山楂的基因组结构、次生代谢途径以及苹果族的起源演化进行了深入探讨。

本研究中，该合作团队完成了栽培大果山楂优良品种“秋金星”基因组组装注释，共获得823.41 Mb的全基因组序列，并将779.24 Mb的序列锚定到17条染色体上。值得注意的是参与黄酮类和三萜类生物合成途径的基因在山楂基因组中显著扩增，与其丰富的次生代谢产物密切相关。通过对董文轩课题组前期释放的山楂果实发育转录组（Xu et al. 2016, Frontiers in Plant Science）进行有参分析，探讨了软果和硬果山楂品种间三萜和类黄酮代谢途径基因的表达变化。本研究表明苹果族经历了特有的古四倍化事件，但山楂没有经历过近期全基因组复制。山楂基因组比同为苹果族的苹果、梨、枇杷和花楸都要大，其中山楂非特异性LTR-RTs扩增的贡献较大。该研究通过共线性等分析发现苹果族存在两套古亚基因组，且两者有不同的重排机制。最后研究者重建了蔷薇科祖先染色体以及基因组断裂/融合的演化过程，并推测了苹果族祖先可能的起源模式，以及不完全谱系分选发挥了重要作用。总之，该研究为理解苹果族演化提供了新线索，而高质量参考基因组也为山楂的品质改良提供了基础。

张体操、乔琴近年来合作在植物资源适应性演化研究取得了一系列进展，针对蔷薇科草莓属遗传分化与泛基因组的研究发表在Nature Genetics（Edger et al. 2020）、PNAS（Qiao et al. 2022），以及十字花科须弥芥和菥蓂对青藏高原生态适应研究发表在PNAS（Zhang et al. 2019）、BMC Biology（Geng et al. 2021）。董文轩教授为国家山楂种质资源圃技术总管，长期从事山楂属、苹果属等蔷薇科果树资源研究。董文轩、张体操前期利用国家山楂种质资源圃的珍稀资源，对中国山楂主要资源进行遗传分化和基因流研究，发现中国的山楂主要有两个起源传播途径（Du et al. 2019, Frontiers in Plant Science）。近期张体操与云南中医药大学李国栋副教授开展了西南特色山楂系统发育和比较基因组研究（Wu et al. 2022, Frontiers in Genetics）。本次发表的JIPB论文进一步探讨了山楂基因组结构和蔷薇科演化机制。张体操、乔琴为文章（共同）第一和通讯作者，董文轩教授为通讯作者。沈阳农业大学杜潇、张枭、侯亚莉，魏鑫、孙超，源宜基因科技张仁刚、云权正，以及牛津大学M. James C. Crabbe教授和根特大学Yves Van de Peer教授也参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

转自：植物生物技术Pbj

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