中国林科院林业研究所苏晓华团队破译杨树香气性状基因组学特征，开创保健型速生用材林木品种培育新思路

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杨树是世界上主要的速生用材造林树种，并且作为制浆和能源木材资源受到广泛关注。中国是人造板生产第一大国，占全球人造板总量50~60%。其中胶合板占58.3%。杨木是我国胶合板的主要原材料，约占胶合板总量的60%。解析杨树香气性状特征，培育生产芳香气味木材、有益人类健康和生活的速生林木具有非常重要的意义。

近日，中国林业科学研究院林业研究所苏晓华研究员团队破译了我国东北地区重要乡土树种香杨的基因组，首次揭示了香杨香气性状基本特征及其形成遗传机制，获得香气性状重要相关基因。相关研究以题为“The Populus koreana genome provides insights into the biosynthesis of plant aroma”在线发表在农林科学知名期刊Industrial Crops and Products上。

香杨（Populus Koreana Rehd.）具有清新的香气特征且挥发物中含有较多对人体健康有益成分，在杨树树种中极为独特。苏晓华研究员团队利用三代+二代测序技术获得了高质量染色体级别香杨基因组图谱，基因组大小为429.47Mb，contigN50为4.97Mb，组装成19条染色体，含38,075个结构基因，其中37,057个为蛋白编码基因，基因组的重复序列占比为47.87%。研究发现，与毛果杨（Populus trichocarpa）相比，香杨基因组中有558个基因家族的2,771个基因发生显著扩张，且串联复制（tandem duplication）和近端复制（proximal duplication）产生的基因序列分化更快并受更强正选择作用；香杨主要香气成分萜烯、酯类物质等含量显著富集，而且基因组中参与萜烯类和酯类物质合成代谢的基因（如萜烯合酶基因TPS）拷贝数更多，部分基因表达水平显著提高，可能在受自然选择等作用中发生基因数量显著扩张，从而对香气代谢物富集起重要作用。研究还发现香杨基因组中扩张的TPS-a/b亚家族基因可能有助于丰富的倍半萜和单萜物质的合成。

该研究构建我国重要乡土树种香杨的高质量全基因组图谱，首次明确了香杨组织挥发性香气化合物种类及关键性化合物特征，为进一步开展林木香气等次生代谢物形成及遗传改良研究提供了宝贵资源，填补了我国在速生林木香气等保健功能性状形成基因组学研究领域的空白；筛选出萜烯合酶基因TPS等参与香气物质合成重要基因，发现基因家族扩张对香气物质富集潜在作用，为培育释放芳香气味、木材终端产品更加符合人类健康需求的速生林木提供新思路。

图1 香杨基因组香气代谢物相关基因的表达、分布模式及遗传进化关系

林木遗传育种全国重点实验室博士生沈乐为论文的第一作者，中国林科院林业研究所苏晓华研究员和褚延广副研究员为论文的共同通讯作者，中国林科院林业研究所丁昌俊副研究员、张伟溪助理研究员及相关博士研究生也参与了此项研究。本研究得到了国家重点研发计划课题(2021YFD2201205)、国家自然科学基金项目(31870662)和中国林业科学研究院基金创新团队项目(CAFYBB2020SZ002)的资助。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926669023002170