中国科学院植物研究所石雷团队揭示薰衣草基因组进化与萜类形成机制

薰衣草（Lavandula angustifolia）是全球重要的芳香植物之一，其精油主要由单萜、倍半萜及其衍生物组成，具有杀菌、抗炎、抗氧化等多种功效，并在治疗高血压、帕金森综合症、老年痴呆症和癌症等方面展现出潜在的药用价值。薰衣草丰富多样的萜类化合物还在吸引传粉者、驱避植食性昆虫等方面具有重要作用，是研究萜类与昆虫互作的模式植物之一。

2021年3月，Horticulture Research在线发表了中国科学院植物研究所（简称中科院植物所）石雷团队题为The chromosome-based lavender genome provides new insights into Lamiaceae evolution and terpenoid biosynthesis的研究论文。

该研究以中科院植物所自主选育的国审良种—‘京薰2号’薰衣草为试验材料，首次采用PacBio RSⅡ、Illumina测序和Hi-C技术相结合的方法，将约894.5Mb的基因组序列挂载到了27条染色体上（图1）。该基因组注释得到了65,905个蛋白质编码基因，重复序列占整个基因组的58.28%，为薰衣草基因挖掘和分子育种提供了精准的基因信息。

系统发育分析表明薰衣草在发生真双子叶植物共有的γ三倍化事件之后，还经历了近期两次全基因组复制事件，分别发生在2960万年前和686万年前，分别接近于始新世–渐新世边界和中新世–上新世过渡时期，为薰衣草的生存及分化提供了丰富的原材料。

通过与唇形科植物黄芩、一串红、柚木和丹参等的比较基因组学分析，发现薰衣草谱系特异的全基因组复制和串联复制对薰衣草中的萜类合成基因扩张具有显著影响，为薰衣草多种多样的萜类骨架以及多层次的修饰提供了丰富的基因材料（图2）。

通过整合基因组、转录组和代谢组学数据，本研究构建了“基因-萜类”调控网络，鉴定了TPS-TPS、TPS-CYP450、TPS-BAHD等多种与芳樟醇、乙酸芳樟酯、樟脑和1，8-桉叶油素等成分变化高度相关的基因簇，推测其在薰衣草与昆虫相互作用中发挥着重要功能。

该论文由中科院植物所与北京诺禾致源科技股份有限公司合作完成，李靖锐特别研究助理和王一鸣工程师为并列第一作者，石雷研究员、李慧工程师和李奎工程师为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院A类战略性先导科技专项“美丽中国”项目和国家自然科学基金青年基金的资助。

团队简介

中国科学院植物研究所石雷研究团队长期从事芳香植物资源收集、品种选育、功能挖掘与产业化开发，培育薰衣草等优良品种15个，在新疆伊犁推广种植10万亩，推动芳香植物三产融合模式在美丽中国建设和乡村振兴中的产业化发展。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41438-021-00490-6

转自：“园艺研究”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！