Cell Reports | 西南大学国家林草局楠木重点实验室罗克明团队解析金丝楠木形成的分子机制

金丝楠木主要源自我国特有的珍稀濒危树种——桢楠（Phoebe zhennan），因其金黄色光泽、优良耐久性和独特纹理被誉为“皇木”，是我国古代宫殿建筑及高端木材的重要代表，兼具生态、文化与经济价值。近年来，受桢楠种群减少、生长周期长以及天然形成率低等因素影响，金丝楠木日益稀缺。然而，其“金丝”形成的分子机制长期不明，严重制约了高品质木材的培育与产业化进程。

近日，国家林草局楠木重点实验室罗克明教授研究团队（西南大学）联合四川大学、重庆市林科院、国家桢楠林木种质资源库等单位，在Cell Reports发表了题为Multi-omics analysis uncovers the molecular basis of ‘Golden-thread’ formation inPhoebe zhennanstems的研究论文，该研究以“永川桢楠国家林木种质资源库”1号古树为材料，综合运用基因组、代谢组、单细胞转录组等多维组学技术，系统揭示了金丝楠木形成的分子基础，为金丝楠木资源的开发利用提供了重要理论支撑。

该团队首先构建了桢楠高质量端粒到端粒（T2T）基因组，并结合不同树龄木材的代谢组分析发现，木材的金黄色外观随树龄增长逐渐加深，其成因在于类黄酮物质的持续积累，其中桑色素被确定为关键的显色物质。同时，桢楠特殊的木材细胞结构对光线产生差异反射，进一步放大了这一颜色特征。通过单细胞转录组分析，研究团队鉴定出一类特异性的“黄酮合成相关细胞”，该细胞群仅存在于木材中，高表达黄酮生物合成通路，从而揭示了色素沉积的细胞基础。在分子机制方面，研究解析了桑色素的生物合成路径，发现关键酶PzF3’HL的催化特性决定了代谢流优先合成桑色素，并通过体外酶活实验和异源体系进行了验证。此外，由MYB与bHLH转录因子构成的调控模块随树龄增长逐步激活，协同驱动代谢通路表达，形成了“年龄依赖—细胞特异—代谢积累”的调控模式。

该研究成功破解了金丝楠木形成的“遗传密码”，明确了调控楠木木材品质形成的关键基因，为我国珍贵林木种业提供了具有自主知识产权的育种靶点，有助于突破高端木材长期依赖自然选择和传统选育的技术瓶颈。

图1. 多组学技术解析桢楠的金丝楠木形成分子机制

西南大学生命科学学院罗克明教授与四川大学生命科学学院马涛教授为论文共同通讯作者，西南大学生命科学学院博士生孔令飞、宋琴副教授及四川大学生命科学学院博士生梁绍铭为共同第一作者，重庆市林科院和永川桢楠国家林木种质资源库的多位工作人员参与了该研究。本工作感谢西南大学园艺园林学院党江波副教授在染色体荧光原位杂交技术上的指导，感谢四川大学生命科学学院质谱中心王小華老师、成都中医药大学中医药创新研究院张巧卓副研究员在质谱数据分析方面的协助。本研究得到了重庆市科技兴林重大专项的资助，以及国家林草局楠木重点实验室、林木种质资源保护与创新利用重庆市重点实验室、长江上游种质创制大科学中心的大力支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124726004377