陕西
枫香树是一种第三纪孑遗植物，属于古老的乔木种类，具有重要的药用、观赏、工业和生态价值。解析枫香基因组对于深入探究其在植物进化中的地位和演化关系具有重要意义，同时也有助于研究枫香药用成分及其他代谢产物的生物合成途径，为树木的遗传改良和育种提供宝贵的基因组资源。枫香树叶色丰富，尤其在秋季会呈现出多种绚丽的色彩，这一特性也引起了人们的广泛关注。正如古人所吟诵的“停车坐爱枫林晚，霜叶红于二月花”，枫香的秋色之美令人陶醉，然而，枫香树叶在秋季呈现出类似“二月花”般鲜艳色彩的形成和调控机制，目前仍不十分清晰。
近日，北京林业大学生物科学与技术学院林金星和刘平丽团队在Plant Physiology杂志在线发表了题为Genomic insights into the evolution of Chinese sweetgum and its autumn leaf coloration的研究论文。
该研究基于纳米孔测序技术和Hi-C测序技术相结合的组装策略获得了枫香树染色体水平的参考基因组，基因组大小为737 Mb，contig N50为1.18 Mb. 通过对中国枫香与被子植物不同谱系代表种基因组的同线性分析，发现中国枫香只经历了核心真双子叶植物共同祖先的三倍化时间，没有经历过独立的全基因组重复事件（图1、B和C以及补充图S5和S6）。此外，每个同义位点的同义替换分布（Ks）分析表明，枫香的核苷酸替代率甚至比葡萄的核苷酸替代率还要慢。该研究还发现中国枫香比葡萄具有更多更长更完整的共线性区块，表明中国枫香的基因组结构是很保守的。考虑到中国枫香在核心真双子叶植物中的基本系统发育位置，其缺乏谱系特异性WGD，缓慢的替换速率和保守的基因组结构，研究人员认为枫香树基因组是一个非常好的可用作核心真双子叶植物比较基因组研究的参考基因组。
图1 枫香的基因组进化
该研究还利用代谢组、转录组和表观基因组分析揭示了枫香树秋天叶片颜色变化的代谢基础和转录及表观调控机理。研究表明天竺葵色素和矢车菊色素的积累是造成枫香秋叶变红的主要色素。分析进一步表明枫香树秋季叶片着色过程中花色素苷合成的关键结构基因有10个。多个MYB，bHLH和WDR转录因子可能参与该过程中花青素生物合成的调控。其中LfMYB69、LfbHLH4和LfWDR1转录因子组成的MBW复合体对（LfCHS1、LfCHS2、LfCHS3、LfDFR1和LfDFR2）等基因的调控得到荧光素酶测定的证实。表观基因组分析显示，包括LfCHS1在内的5个结构基因和2个调控基因（LfMYB115和LfMYB116）受到表观遗传学调节。该研究扩展了我们对秋叶着色的理解，并为比较生物学、育种和生物技术提供了宝贵的基因组资源。
图4 应用系统发育分析和共表达分析鉴定枫香MBW复合体相关基因
北京林业大学刘平丽副教授，已毕业硕士研究生景昭阳、陈烨和中国科学院昆明植物所博士研究生张仁纲为本论文的共同第一作者，林金星教授为通讯作者。北京林业大学张金凤教授、赵健副教授、张曦副教授、李瑞丽教授、谢剑波教授、钮世辉教授和毛建丰教授，海南大学祝志欣副教授、北京大学蒋陈焜博士、中国科学院植物所葛颂研究员和焦远年研究员，中国科学院昆明植物所马永鹏研究员参与了本项研究。该研究得到国家自然科学基金、高校学科人才引进计划和中央高校基础研究基金等资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf218
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