Commun. Biology｜北京农学院冷平生组/北京林业大学毛建丰组解析紫丁香的基因组，揭示其进化与花色转变的分子机制

丁香属（Syringa）植物为木犀科（Oleaceae）多年生灌木或小乔木，由于生境多样、适应性广泛、观赏性状独特而深受世界人民喜爱。中国拥有丁香属大部分野生资源, 是公认的丁香属植物的自然分布中心和栽培起源中心。其中，紫丁香（Syringa oblata Lindl.）作为该属中栽培最为广泛的生态观赏树种，已有千余年的栽培历史，其花期早、花序大、花香独特、花色淡雅，尤其是其优雅的紫色花瓣，在木本开花植物中少有，盛花时犹如紫霞漫天，具有极高的观赏价值，广泛应用于世界园林中。近代诗人冯文洵曾写《丁香》高度总结其观赏价值，诗曰：“丁香花折两三枝，清水铜瓶供养之。喜看紫云铺几席，静闻香雪沁心脾。”

丁香花色会伴随着开花进程发生转变，这种现象同样在菊花、芍药、海棠、鸳鸯茉莉等其他观赏植物中存在。而全基因组证据与代谢动力学分析的缺乏，限制了对其生化及分子调控机理的探索。北京农学院冷平生团队在前期丁香花色花香以及遗传分子标记等工作基础上，联合北京林业大学毛建丰团队进一步解析丁香全基因组图谱及其构成特点，通过时间序列基因与产物共表达分析，构建花色转变过程相关基因调控网络模式，挖掘关键转录因子及结构基因，为丁香花关键性状遗传机制研究和基因组编辑等高效分子设计育种的建立提供了重要基础。2022年7月9日，该研究以“Lilac (Syringa oblata) genome provides insights into its evolution and molecular mechanism of petal color change” 为题发表在Nature旗下期刊Communications Biology。

本研究结合 Nanopore 长读长测序与Hi-C技术，获得了紫丁香染色体级别的基因组组装1.05GB，锚定在23条染色体上，分析了基因组组成特点，并注释到35313个蛋白质编码的基因；揭示了木犀科植物共有的全基因组复制事件；通过开花过程时间序列取样，进行代谢动力学分析，查清了伴随开花紫丁香花色的代谢动态变化，其中，飞燕草素-3-O-芸香糖苷（Dp3Ru）和矢车菊素-3-O-芸香糖苷（Cy3Ru）这两种花青苷起到了关键作用；明确了花色相关代谢通路，并对相关基因进行表达分析，结合代谢组与转录组分析，构建了基于时间序列的花色代谢产物与基因共表达网络，揭示出与花色变化决定相关的等级基因调控网络，发现WRKY是初花期（从紫红色到蓝紫色）重要调节因子，ERF则在花色转变期（从紫色到浅紫色近白色）起重要作用，而MBW复合物参与了花色变化的整个过程。该研究揭示了丁香属的进化及花色变化调控机制，并为今后丁香的功能研究和分子育种奠定了基础。

北京林业大学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马波、北京农学院高精尖中心讲师吴静和北京林业大学高精尖中心博士生史天乐为文章的共同第一作者。北京农学院高精尖中心冷平生教授、胡增辉教授和北京林业大学高精尖中心毛建丰副教授为共同通讯作者。本研究获得国家重点研发计划项目（2018YFD1000406）与北京市教委-北京市自然科学基金联合项目（KZ201810020028）资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s42003-022-03646-9

转自：植物生物技术Pbj

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