我國科學(xué)家解析蠟梅染色體水平的基因組圖譜

據(jù)趙凱歌副教授介紹，蠟梅是木蘭類植物樟目蠟梅科植物，為我國歷史傳統(tǒng)名花，有上千年的栽培歷史，其花香濃郁，是稀有的冬季開花木本花卉。它花期特殊、花香濃郁，具有極高的觀賞應(yīng)用價值，被廣泛應(yīng)用于盆景栽培、園林綠化和切花生產(chǎn)。近年來，蠟梅在上海、重慶等地被開發(fā)作為春節(jié)和圣誕節(jié)的木本切花。蠟梅還是本草綱目中記載的藥草植物。

該研究團(tuán)隊利用二代Illumina Hiseq2000和三代PacBio測序平臺進(jìn)行測序，結(jié)合10x Genomics和Hi-C獲得了染色體水平的精細(xì)基因組。同時利用二代測序技術(shù)完成了蠟梅近緣種夏蠟梅的全基因組測序。

研究者利用蠟梅、夏蠟梅以及其他15個具有代表性被子植物的基因組數(shù)據(jù)構(gòu)建了系統(tǒng)進(jìn)化樹，結(jié)果表明木蘭類植物與雙子葉植物互為姐妹關(guān)系。同時利用共線性分析以及Ks分析，估測蠟梅經(jīng)歷了兩次全基因組復(fù)制事件，分別發(fā)生在大約77.8和112.1Ma。其中較古老的全基因組復(fù)制事件發(fā)生在樟科和蠟梅科分化之前，近期的全基因組復(fù)制事件發(fā)生在樟科和蠟梅科分化之后。蠟梅基因組在歷史進(jìn)化中經(jīng)歷了復(fù)雜的染色體斷裂、融合及片段重組過程。

研究團(tuán)隊還結(jié)合細(xì)胞學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)對蠟梅花芽周年發(fā)育過程的分子機制進(jìn)行了研究，對花芽分化、花器官特化以及花器官發(fā)育、花芽休眠和抗寒等生物學(xué)特性進(jìn)行了分子解析，鑒定到了大量成花轉(zhuǎn)變、花發(fā)育以及開花時間相關(guān)候選基因，為將來功能基因組學(xué)研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

此外，團(tuán)隊在高質(zhì)量基因組圖譜基礎(chǔ)上，解析了蠟梅花香主成分形成的分子機制。研究發(fā)現(xiàn)，蠟梅花香中的主要成分和特征成分的合成通路關(guān)鍵酶多數(shù)是通過全基因組復(fù)制和串聯(lián)復(fù)制事件產(chǎn)生的。

該研究綜合解讀了蠟梅基因組基本特征、以蠟梅為代表的木蘭類植物物種進(jìn)化位置、蠟梅全基因組多倍化事件以及樟目植物基因組進(jìn)化歷史；對蠟梅花香合成代謝網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)關(guān)鍵基因進(jìn)行了深入研究；同時系統(tǒng)解析了蠟梅花芽分化到開花的發(fā)育過程；為被子植物演化、蠟梅花香生物合成及開花提供了新見解。高質(zhì)量的蠟梅全基因組序列有助于進(jìn)一步深入開展分子遺傳學(xué)研究，鑒定控制冬季開花時間、花香花色等眾多性狀的功能基因, 從而推動蠟梅基礎(chǔ)研究的快速發(fā)展和加快新品種創(chuàng)制。