福建农林大学破译福州单瓣茉莉花基因组

近日，福建农林大学园艺学院郭玉琼教授科研团队与林玉玲教授科研团队破译了福州单瓣茉莉花染色体级别的基因组，相关研究成果以“The chromosome-scale genome assembly of Jasminum sambac var. unifoliatum provide insights into the formation of floral fragrance”为题在生物学预印本平台《bioRxiv》上在线发布。

茉莉花（Jasminum sambac）是木犀科素馨属的一种直立或攀援型灌木，因花香馥郁优雅而被广泛应用于茉莉花茶生产、制药及精油提取等领域。福州是唯一以茉莉花为市花的城市，也是茉莉花茶的源产地，它是以精加工的茶叶配以茉莉花窨制而成，既具有茶叶纯正的滋味，又兼备茉莉花仙灵的香气，自古以来备受青睐。栽培种茉莉主要分为单瓣茉莉（J. sambac var. unifoliatum）、双瓣茉莉（J. sambac var. bifoliatum）以及重瓣茉莉（J. sambac var. trifoliatum）三个类群。其中，单瓣茉莉花的香气品质最优，也是加工高等级茉莉花茶的最佳原料。然而，参考基因组的缺失限制了利用基因工程手段对单瓣茉莉花关键农艺性状进行改良，也制约了茉莉花香气品质优化，提升香气利用率的现代分子生物学方法建立。

本次发布的福州单瓣茉莉花基因组Contig N50达到了16.6 Mb，BUSCO分析结果显示基因组完整性为97.83%，表明组装连续性、完整性较好（图1A）。研究人员进一步使用Hi-C技术，把基因组组装提升到染色体水平（图1B）。

图1. 福州单瓣茉莉花染色体级别基因组组装结果。A，基因组组装与注释结果统计。B，基因组染色体长度（a）、转座元件密度（b）、基因密度（c）、GC含量（d）以及基因共线性信息。C，Ks密度分布图。D，基因组系统发育树。E，不同物种基因家族类型统计。F，木犀科植物共有或特异的基因家族数量。G，茉莉花特有的基因家族KEGG富集结果。H，不同发育时期茉莉花照片。I，茉莉花不同开放时期的萜类和苯丙烷类/苯类代谢途径的差异表达基因。J，茉莉花、拟南芥及水稻β-葡萄糖苷酶蛋白系统进化树。K，β-葡萄糖苷酶基因在茉莉花不同发育时期的表达谱。

研究人员发现，茉莉花基因组经历过一次古多倍化事件（图1C）。基因家族鉴定及分析结果表明，茉莉花中的萜类合成相关基因家族数量扩增，可能是造就茉莉花优异香气品质的遗传基础（图1D-G）。茉莉花开放过程中（图1H），萜类代谢途径及苯丙烷类代谢途径相关结构基因表达量显著上升，这可能是茉莉花香气形成的直接原因（图1I）。此外，从茉莉花基因组中鉴定到了81个β-葡萄糖苷酶基因（图1J），其中11个基因的表达量在开放的茉莉花中显著上升（图1K），提示茉莉花香气的形成可能是糖苷结合挥发物的水解及相关香气组分的从头合成的共同作用。

福州单瓣茉莉花基因组的破译对于茉莉花香气品质改良及释香过程中的香气利用率提升具有重要意义，同时也为利用基因工程技术定向改良茉莉花关键农艺性状奠定坚实的基础。

福建农林大学2020级花卉与景观园艺学博士生周承哲为论文的第一作者，郭玉琼教授和林玉玲教授为论文的通讯作者。该研究获福建省高原学科建设经费（102/71201801101）和福建农林大学茶产业链科技创新与服务体系建设项目（K1520005A01）资助。