我国科学家解析蜡梅染色体水平的基因组图谱叉喙兰属

我国科学家解析蜡梅染色体水平的基因组图谱

本网讯记者柏斌报道 近日，华中农业大学刘秀群（副教授）、赵凯歌（副教授）研究组和金双侠（教授）研究组，联合西南林业大学陈龙清（教授）研究组在开放获取期刊Genome Biology 上，以“The chromosome-level wintersweet (Chimonanthus praecox) genome provides insights into floral scent biosynthesis and flowering in winter”为题，发表了我国传统名花蜡梅的染色体水平精细基因组图谱。

据赵凯歌副教授介绍，蜡梅是木兰类植物樟目蜡梅科植物，为我国历史传统名花，有上千年的栽培历史，其花香浓郁，是稀有的冬季开花木本。它花期特殊、花香浓郁，具有极高的观赏应用价值，被广泛应用于栽培、绿化和切花生产。近年来，蜡梅在上海、重庆等地被开发作为春节和圣诞节的木本切花。蜡梅还是本草纲目中记载的药草植物。

该研究团队利用二代Illumina Hiseq2000和三代PacBio测序平台进行测序，结合10x Genomics和Hi-C获得了染色体水平的精细基因组。同时利用二代测序技术完成了蜡梅近缘种夏蜡梅的全基因组测序。

研究者利用蜡梅、夏蜡梅以及其他15个具有代表性被子植物的基因组数据构建了系统进化树，结果表明木兰类植物与双子叶植物互为姐妹关系。同时利用共线性分析以及Ks分析，估测蜡梅经历了两次全基因组复制事件，分别发生在大约77.8和112.1Ma。其中较古老的全基因组复制事件发生在樟科和蜡梅科分化之前，近期的全基因组复制事件发生在樟科和蜡梅科分化之后。蜡梅基因组在历史进化中经历了复杂的染色体断裂、融合及片段重组过程。

研究团队还结合细胞学和转录组学对蜡梅花芽周年发育过程的分子机制进行了研究，对花芽分化、花器官特化以及花器官发育、花芽休眠和抗寒等生物学特性进行了分子解析，鉴定到了大量成花转变、花发育以及开花时间相关候选基因，为将来功能基因组学研究奠定了良好的基础。

此外，团队在高质量基因组图谱基础上，解析了蜡梅花香主成分形成的分子机制。研究发现，蜡梅花香中的主要成分和特征成分的合成通路关键酶多数是通过全基因组复制和串联复制事件产生的。

该研究综合解读了蜡梅基因组基本特征、以蜡梅为代表的木兰类植物物种进化位置、蜡梅全基因组多倍化事件以及樟目植物基因组进化历史；对蜡梅花香合成代谢网络中相关关键基因进行了深入研究；同时系统解析了蜡梅花芽分化到开花的发育过程；为被子植物演化、蜡梅花香生物合成及开花提供了新见解。高质量的蜡梅全基因组序列有助于进一步深入开展分子遗传学研究，鉴定控制冬季开花时间、花香花色等众多性状的功能基因, 从而推动蜡梅基础研究的快速发展和加快新品种创制。

图一为：重庆市北碚区静观镇花农在采剪木本切花——蜡梅花

图二为：瓶插木本切花——蜡梅花

图三为：花市上销售的木本切花——蜡梅花

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