林学与草学学院赵曦阳团队在林木全基因组解析方面取得重要研究进展

近期，由我院赵曦阳教授团队开展的胡桃楸和紫花槭高质量基因组图谱构建及主要性状形成机制研究取得重要研究进展。该团队利用PacBio HiFi、Hi-C等测序技术对胡桃楸及紫花槭进行了全基因组测序、组装和注释分析，并对2个树种的进化地位及历史进行了阐述，完成了胡桃楸果实发育过程中胡桃醌和油脂合成关键基因挖掘工作，解析了紫花槭叶色和叶形形成关键机制。

2022年6月30日，国际权威学术期刊GigaScience（2021年影响因子7.658）在线发表了我院赵曦阳教授团队的最新研究成果—“The Manchurian Walnut Genome: Insights into Juglone and Lipid Biosynthesis”。

图1 胡桃楸不同组织照片

胡桃楸（Juglans mandshurica Maxim.）属胡桃科胡桃属，2n=2x=32，是重要的珍贵用材树种，也是我国东北地区极具开发潜力的药用植物及木本油料植物，具有重要的生态价值和经济价值。基于PacBio Sequel II平台CCS测序模式下获得的高质量HiFi reads，并结合Hi-C染色体交互捕获技术，对胡桃楸基因组进行de novo组装，获得了染色体级基因组。最终组装的基因组大小为548.7 Mb，contig N50达21.39 Mb，scaffold N50为35.38 Mb，BUSCO完整性为98.3%。较之前基于二代及Nanopore测序的胡桃楸基因组，新版基因组实现数量级的提高。

图2 基因组特征分布及互作图谱

胡桃醌，学名5-羟基-1, 4-萘醌（5-hydroxy-1, 4-naphthalenedione），具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒等多种生物活性和用途。对胡桃楸不同发育时期青皮进行多组学分析，发现脱羧酶、2-酮戊二酸/铁（II）端依赖性双加氧酶和细胞红色素P450在胡桃醌合成中起着重要作用，5个 CYP450 基因与胡桃醌的积累密切相关，并发生了显著的扩张。NAC、bZip、NF-YA、NF-YC的表达与胡桃醌积累呈正相关。

图3 胡桃楸青皮发育过程胡桃醌生物合成通路

2022年3月3日，国际权威学术期刊Frontiers in Plant Science（2021年影响因子6.627）在线发表了我院赵曦阳教授团队的最新研究成果—“Chromosome-Level Genome Assembly for Acer pseudosieboldianum and Highlights to Mechanisms for Leaf Color and Shape Change”。

该研究通过HiFi和Hi-C测序在国际上首次构建了高质量的紫花槭基因组，其基因组大小为690.24Mb，Contig N50=4.36Mb，并将97.94%的序列挂载到13条染色体上，二三代数据比对率为97.94%，BUSCO评估基因组完整性为98.4%。系统揭示了紫花槭叶色变化过程中基因表达与代谢物间的紧密联系，并鉴出了可能参与叶片颜色调节的关键转录因子MYB和bHLH-TFs；通过比对搜索和基因表达分析确定了一些关键的TCP转录因子可能参与紫花槭叶形的形成。

图4 紫花槭的照片。(A)成树，(B)花，(C)果，(D)叶，(E)种子。

论文下载链接如下：

[1] https://doi.org/10.1093/gigascience/giac057

[2] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.850054/full