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生命科学学院阳成伟团队及其合作者发布迷迭香高质量基因组并解析鼠尾草酸合成和进化机制

2023-01-05 11:43:13 来源:华南师范大学生命科学学院 点击: 收藏本文

近日,华南师范大学生命科学学院(以下简称华师生科院)阳成伟课题组和浙江大学张亮生课题组完成了首个唇形科迷迭香的染色体水平参考基因组序列,迷迭香中的抗氧化能力最强的活性成分鼠尾草酸的生物合成机制提供了新的见解,揭示了鼠尾草酸(Carnosic acidCA)生物合成的进化机制。相关研究成果发表在国际学术期刊 《植物杂志(The Plant Journal)》。

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迷迭香(Rosmarinus officinalis L.)为唇形科迷迭香属多年生常绿亚灌木植物,原产地中海地区,因其特殊香味被视为祭神植物,是常用的烹饪和传统的民间药物。由于其药用价值在曹魏时期从西域引进我国,国内也将其广泛用于医药,纳入南药范畴。《海药本草》和《本草拾遗》中有记载:迷迭香辛,温,无毒,可以健胃,发汗,治头疼。现代大量的研究表明,迷迭香具有抗氧化抗菌消炎抗抑郁镇痛等效,具有广泛的食用和药用前景;提取物具有高效抗氧化性、安全性高且无毒、耐热稳定性强,是国际公认的第三代绿色食品抗氧化剂广泛用于食品和油脂领域。而迷迭香全基因组信息的缺乏,限制了国内迷迭香的功能基因组研究药用功能成分关键基因挖掘以及分子育种的实施。

研究首次报道了染色体染色体水平高质量的迷迭香基因组,基因组的大小为1.11 Gb,包括12条染色体,scaffold N5095.5 Mb、包含40,701个编码蛋白。进化分析发现,迷迭香经历了3次全基因组复制事件(WGD),除了远古被子植物和唇形科植物共同发生的2次外,迷迭香近期(大约15百万年)还独自发生了一次WGD事件。

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1 迷迭香基因组

研究人员通过基因组和转录组分析,对两种CA含量差异的迷迭香中CA生物合成的基因及其转录因子进行研究,筛选迷迭香中鼠尾草酸生物合成和调控的相关基因842个,包括转录因子AP2/ERFMYBWRKY以及细胞色素P450CYPs)基因家族。同时,研究人员发现鼠尾草酸生物合成的关键基因的特异性进化:编码二萜合成酶与CA合成相关的细胞色素P450CYPs)基因家族形成了一个生物合成基因簇(CPSs-KSLs-CYP65AHs),这个合成基因簇位于1号和2号假染色体,分别负责叶和根的二萜类化合物的合成。这种代谢物生物合成的基因簇也发生在其他唇形科植物中,表明该类二萜类化合物的生物合成在唇形科中是保守的。这些结果为深入解迷迭香中鼠尾草酸的形成和二萜生物合成的机制提供了重要的见解为推动迷迭香药用功能成分关键基因挖掘迷迭香种提供了精准的基因信息。

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2 迷迭香鼠尾草酸合成途径鼠尾草属CA合成途径的进化

华师生科院阳成伟教授和浙江大学张亮生教授为共同通讯作者;华师生科院博士后韩丹璐为第一作者,华师生科院博士生李文亮、解云和黄俊文、硕士生林楚芳、中国农业科学院深圳农业基因所博士生侯壮伟和高原、华南农业大学周筱帆教授、中国农业科学院深圳农业基因所研究院王丽研究员和华师生科院赖建彬教授为该研究做出了重要贡献。研究得到了广东省基础与应用研究重大项目、国家自然科学基金、中国博士后科学基金项目的支持。

论文原文链接:https://doi.org/10.1111/tpj.16087 

撰稿人:韩丹璐

审稿人:阳成伟


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