「双子叶植物」院士点评 | 首个染色体级别山苍子基因组图谱发布
作者丨李晨
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山苍子花 林建拍摄
山苍子 ， 是我国南方家喻户晓的一种香树 ， 其果实有香气 ， 无毒 ， 可治疗急性肺炎 ， 有抗病毒抗菌消炎作用 。 山苍子精油还是高级化妆品紫罗兰酮的原料 。
4月3日 ， 《自然—通讯》在线发表中国林业科学研究院亚热带林业研究所（以下简称亚林所）研究员汪阳东团队的重要成果 。
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该团队成功组装全球首个染色体级别的高质量山苍子基因组图谱 ， 并基于此揭示樟科物种进化及其精油合成分子机制 。
院士点评
中国水稻研究所研究员、中科院院士钱前：樟科植物是我国南方重要的经济和生态树种 ， 用其果实和叶子提取的精油是我国传统的木本香料调料 ， 也是国际高级香料和医药原料 ， 我国人民很早就用樟树做原料制作樟脑丸、樟木箱等 ， 用于防虫防蛀、驱霉隔潮 。
目前 ， 对樟科植物果实精油及精油主要成分单萜化合物的生物合成机理尚不清楚 ， 制约了樟科植物精准育种 。
为此 ， 汪阳东团队选择樟科果实精油含量最丰富的物种——山苍子为研究对象 ， 构建了山苍子全基因组图谱 ， 并结合樟科20属47代表种低盖度基因组测序数据和16属23代表种混合组织和花苞转录组测序数据 ， 揭示了单萜合酶基因家族在樟科中的演化 ， 有效促进了对樟科植物单萜化合物多样性和特异性的解读 ， 对揭示樟科植物的生物学特性、指导樟科遗传育种研究特别是加速分子育种进程具有指导作用 。
南方有香树
我国山苍子栽培面积21.60万亩 ， 精油年产量14.01万吨 ， 为世界上最大的生产国和出口国 ， 每年产生的经济价值约20亿元 。
山苍子作为木兰类分支樟目樟科的代表种之一 ， 鲜果皮精油含量高达到4~7% ， 单萜化合物含量高达98% 。
实际上 ， 山苍子所属的樟科植物普遍富含丰富的单萜化合物 ， 即樟脑、桉叶油醇、柠檬醛等 。
樟科植物是我国南方重要的经济和生态树种 ， 全国约有20属 ， 423种 ， 在材用、药用、香料、医药上都占有重要的经济价值 。
论文通讯作者汪阳东介绍 ， 樟科花小、花序形态多样、存在双性花和单性花 ， 使得其形态演变及进化位置研究困难；樟科特殊香味关键化合物合成机理尚不清楚 。
因此 ， 从基因组水平探讨樟科的进化、花形态演变分子证据及特殊香味的遗传基础 ， 对揭示樟科植物的生物学特性、应用推广及遗传育种具有指导作用 。
木兰类与双子叶植物为姐妹类群
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山苍子花 陈炳华 拍摄
2016年10月 ， 汪阳东团队启动了山苍子基因组测序项目 。
经过3年多努力 ， 圆满完成项目 ， 获得了大小为1.37G ， contig N50为607.34kb的基因组 。
通过Hi-C技术 ， 他们进一步将基因组锚定到24条染色体上 ， 锚定率94.56% ， 获得质量优良的山苍子基因组图谱 。
汪阳东介绍 ， 为开展樟科形态演变和香味合成的分子基础研究 ， 他们对樟科在中国分布的20属47个代表种进行了低盖度基因组测序 ， 16属23个代表种进行了混合组织和花苞转录组测序 。
“基于山苍子基因组图谱和樟科各属代表种组学信息 ， 我们发现 ， 不完全谱系分选对木兰类与单双子叶植物分化起重要作用 。 ”汪阳东在接受《中国科学报》采访时表示 ， 一般来说 ， 物种间的关系可以通过一个或多个基因来进行还原 。
但当新物种形成过程极其迅速时 ， 来自祖先的等位基因在分化后的物种中随机分配 。
这种不完全谱系分选的现象为通过基因树构建物种系统演化带来了极大障碍 。
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