陕西省西安植物园研究报道漆树染色体级别的参考基因组揭示木质素和漆酚合成相关的代谢通路

　　漆树是我国重要的特用经济树种，虽然我国漆树资源丰富，但漆树育种仍处于传统选育阶段，尤其是漆树中漆酚的生源合成及该途径中关键酶基因尚未破解，这些严重制约了漆树综合资源的研究和利用。

　　对此，陕西省西安植物园李思锋研究员团队联合华大基因、西安交通大学等多家单位协作，利用基因组学、转录组学和代谢组学技术，全面筛选并发现了漆树中与漆酚和木质素产生有关的候选基因。首次获得并公开发布了染色体级别的漆树参考基因组序列，并揭示了漆树木质素及漆酚合成相关的代谢通路。研究结果对漆树漆酚的生物合成、漆树分子育种和工程育种具有重要的指导意义。该研究以题为“The chromosome-level genome for Toxicodendron vernicifluum provides crucial insights into Anacardiaceae evolution and urushiol biosynthesis”发表在Cell Press旗下交叉学科期刊iScience上。

图1 高质量漆树基因组组装图

　　陕西省西安植物园(陕西省植物研究所)柏国清副研究员、陈尘副研究员、华大基因赵辰曦博士、西安交通大学周涛副教授、国投生物科技投资有限公司李丹博士为共同第一作者;陕西省西安植物园(陕西省植物研究所)李思锋研究员为本文通讯作者。

图2 漆树比较基因组分析

　　该研究利用Nanopore、PacBio Sequel Ⅱ、MGISEQ-2000和Hi-C技术开展了漆树“高八尺”进行全基因组序列测定。组装后得到基因组大小为 491.93 M，Contig和Scaffold N50分别为5.26 Mb 和32.97 Mb，染色体挂载率为98.26%，共注释得到32682个基因。

图3 漆树中漆酚合成(a)及木质素(b)合成代谢通路

　　进化分析显示，漆树与P. vera之间的物种分化大约发生在25.2Mya，并且漆树在47.3 Mya经历了一次全基因组复制事件。其中与漆酚生物合成相关的基因家族发生显著扩张，可能对于漆树的生态适应性和生物适应性有重要作用。

　　同时团队进一步联合基因组、转录组和代谢组数据，分析漆树中漆酚和木质素合成代谢过程中相关关键酶基因的变化规律，绘制了漆树漆酚及木质素合成通路代谢图。并结合基因结构鉴定与转录组分析，在漆树中鉴定了33条聚酮合酶基因，该酶是漆酚合成途径上的关键酶基因。

　　此外，运用代谢组学技术揭示了不同漆树品种“大红袍“、”高八尺“、”贵州红毛“、”贵州黄毛“以及野生型漆树含有的化合物图谱，为漆树的综合开发提供了有力数据。并且发现不同品种在特有天然产物方面存在差异，漆黄素、黄颜木素等黄酮类化合物可以作为漆树品种鉴定的代谢物标记。

　　综上，本研究首次公布了漆树高质量基因组数据，为漆树分子育种及天然产物开发提供了基因组基础，也为漆树科比较基因组学、进化生物学等研究提供了支撑。

　　文章链接：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)00783-0