全球首个！中国林科院成功组装山苍子基因组图谱

中国科普网(记者通讯员宋报道)山苍子在中国南方是一个家喻户晓的名字。其果实芳香，无毒，可治疗急性肺炎，具有抗病毒、抗菌和抗炎作用。

山苍子花(陈丙华)

4月7日，记者从中国林业科学研究院获悉，亚洲林业科学研究院的研究团队最近在《自然-传播》杂志上发表了重要的在线研究成果。该团队成功组装了世界上首个染色体水平的高质量山苍子基因组图谱，并在此基础上揭示了樟科物种进化和精油合成的分子机制。

本文的合著者是陈一春副研究员、赵副研究员、根特大学博士后研究员、华南农业大学博士和清华大学博士。中国林业科学院亚洲森林研究所研究员汪洋东、*的教授、福建农林大学的刘教授和根特大学的伊夫教授是来文的共同作者。

山苍子鲜果皮是木兰科樟科的一个分支，它含有4-7%的精油和98%的单萜。事实上，山苍子所属的樟科植物通常富含单萜，即樟脑、桉树脑、柠檬醛等。樟科是我国南方重要的经济生态树种，共有20属423种。它在材料、医药、香料和医药方面具有重要的经济价值。

据了解，中国山苍子的种植面积为21.6万亩，年产精油14.01万吨。它是世界上最大的生产国和出口国，年经济价值约为20亿元人民币。

王阳东研究员说，樟科植物花小，花序多样，两性花和单性花多，这给樟科植物的形态演化和进化位置的研究带来了困难。樟科特有香味的关键化合物的合成机理尚不清楚。因此，从基因组水平探索樟科植物进化的分子证据、花形态进化和特殊香气的遗传基础，对于揭示樟科植物的生物学特性、应用推广和遗传育种具有指导意义。

山苍子萜类合酶的系统发育分析及功能验证

2016年10月，中国林业科学院亚林研究所的研究团队启动了山苍子基因组测序项目。经过3年多的努力，该项目成功完成，获得了1.37克的基因组和607.34千字节的重叠群N50。通过高通量技术，他们进一步将基因组锚定到24条染色体上，锚定率为94.56%，获得了一张质量较好的山苍子基因组图谱。

樟科花序的形态特征是樟科分类的重要依据。通常，樟科花序有圆锥花序，穗状花序，总状花序和伞形花序副研究员陈一春表示，基于樟科13属28种植物花器官的山苍子基因组和转录组数据，研究发现花序形态发生中高度保守的基因PATTER LOSS(FUWA)构建的花序系统发育符合樟科物种的系统进化，揭示了樟科花序从穗状花序、穗状花序到伞形花序、假伞形花序到伞形花序的进化规律。

山苍子和樟科植物特有的香味来自哪里？研究小组在高质量基因组图谱的基础上分析了关键化合物形成的分子机制。单萜类化合物如芳樟醇、桉树脑、柠檬醛、α/β蒎烯、莰烯、香叶醇是樟科精油的主要成分，如山苍子精油单萜类化合物高达98%。单萜化合物决定精油的质量，具有抗病毒、抗炎和杀菌作用。比较基因组分析表明，单萜合酶单TPS在樟科植物中显著扩增。单萜合酶主要催化单萜化合物的合成。为了进一步探索调节主要单萜化合物合成的关键基因，该团队通过使用同源和异源瞬时表达和体外酶活性验证，鉴定了调节樟科和山苍子精油主要化合物合成的关键酶基因LcuTPS42。

中国科学院院士千千评论说:“目前樟科植物果实精油及其主要成分单萜类化合物的生物合成机制尚不清楚，制约了樟科植物的准确育种。为此，汪洋东的团队选择樟科水果中精油含量最丰富的山苍子为研究对象，构建了山苍子的全基因组图谱。结合20属16属47种代表种和23种混合组织代表种的低覆盖率基因组测序数据和花蕾转录组测序数据，揭示了樟科植物单萜合酶基因家族的进化，有效促进了樟科植物单萜类化合物的多样性和特异性，对揭示樟科植物的生物学特性，指导樟科的遗传育种研究，特别是加速分子育种进程具有指导作用。”

王阳东研究员透露，下一步，研究团队将基于基因组数据和大群体，对山苍子精油品质和产量相关的分子标记进行准确预测研究。结合已建立的山苍子遗传转化体系，进一步挖掘、鉴定和应用山苍子精油产量和品质的主要基因，为山苍子遗传改良提供依据。同时，樟科植物性别相关分子标记的进一步发掘将为山苍子幼苗*奠定基础。