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楠木基因組組裝及比較基因組學(xué)研究取得新進展
楠木(Phoebe zhennan)隸屬于樟科楠屬，是我國特有的珍稀瀕危木材樹種，其木材香氣馥郁、耐腐性強、紋理華美，木紋中蘊含獨特“金絲”，是名貴木材“金絲楠木”的主要來源。然而，遺傳資源的匱乏長期制約著楠木的合理利用和有效保護，也阻礙了對該物種優(yōu)質(zhì)木材特性生物學(xué)基礎(chǔ)的深入研究。
近期，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)綜合保護中心科研人員以四川峨眉山地區(qū)野生楠木個體為研究對象，完成了該物種的全基因組測序與組裝，繪制了楠木首個染色體水平的高質(zhì)量基因組圖譜，其中包含12條染色體，基因組大小為979.28 Mb(Scaffold N50: 87.69 Mb)，共注釋了26262個蛋白質(zhì)編碼基因。全基因組復(fù)制(Whole-genome duplication,WGD)分析表明，楠木經(jīng)歷了兩次WGD事件：較古老事件為木蘭目和樟目植物共享，較近期事件為樟科和蠟梅科植物共享。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，木蘭類植物(與金粟蘭目共同)形成單子葉植物的姐妹支系。研究共鑒定了197個MYB基因家族成員，并進一步篩選出44個可能與苯丙烷類木質(zhì)素生物合成相關(guān)的MYB基因，其中28個為正調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子，16個為負調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子?；虮磉_分析顯示，PzMYB6在形成層中高表達，提示該基因可能在楠木木質(zhì)素生物合成途徑中起關(guān)鍵調(diào)控作用。楠木染色體水平基因組圖譜為樟科楠屬植物的基因組進化提供了新見解，也為該珍稀瀕危木材樹種的合理利用和有效保護提供了重要的遺傳資源。
相關(guān)研究成果以“The Genome of Phoebe zhennan (Lauraceae) and Comparative Genomics of Phoebe”為題，發(fā)表在保護生物學(xué)國際期刊Integrative Conservation上。版納植物園碩士研究生毛雅萌為論文第一作者，李朗副研究員和李捷研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和版納植物園“十四五”項目的資助。
圖1 楠木(Phoebe zhennan)及其基因組圖譜概況。(A)楠木野生個體;(B)楠木基因組環(huán)形圖;(C)楠木基因組中染色體互作強度的Hi?C熱圖。
圖2 楠木苯丙烷類木質(zhì)素生物合成相關(guān)MYB基因分析。(A)基于擬南芥、毛果楊和楠木MYB基因家族序列數(shù)據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹;(B)楠木不同組織中，木質(zhì)素生物合成相關(guān)MYB轉(zhuǎn)錄因子及酶編碼基因的表達水平;(C)苯丙烷類木質(zhì)素生物合成途徑(修改自Xiao et al.,2021);(D)楠木木質(zhì)素生物合成相關(guān)MYB轉(zhuǎn)錄因子的染色體定位，大多數(shù)基因以串聯(lián)重復(fù)的形式存在。
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