近日，我校藥學(xué)院/現(xiàn)代中藥產(chǎn)業(yè)學(xué)院、西南特色中藥資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室彭成教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊Frontiers in Plant Science（中科院二區(qū)）發(fā)表題為“A chromosome-scale genome assembly of turmeric provides insights into curcumin biosynthesis and tuber formation mechanism”的論文，2019級(jí)碩士研究生尹彥棚與謝曉芳副研究員為共同第一作者，彭成研究員和高繼海副教授為共同通訊作者，西南特色中藥資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位。

姜黃（Curcuma Longa L.），一種多年生根莖草本植物，其根莖被譽(yù)為“黃金香料”和“生命香料”，是世界上最常見(jiàn)的香料來(lái)源之一，姜黃素是分布在姜黃根莖中的主要藥用成分?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，姜黃素具有抗氧化、抗炎、鎮(zhèn)痛、抗腫瘤、抗糖尿病等作用。姜黃與郁金是同一植物的不同藥用部位，姜黃藥用其根莖，郁金藥用其塊根。然而，姜黃根莖膨大為塊根是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，通常由外在環(huán)境與內(nèi)在因素導(dǎo)致，涉及多種基因的變化。因此，從遺傳角度深入解析姜黃素生物合成及根系發(fā)育是系統(tǒng)性開展姜黃研究的基礎(chǔ)。

團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了首個(gè)姜黃染色體水平的高質(zhì)量基因組，以探討塊根和根莖在姜黃素生物合成調(diào)控中的差異以及塊莖形成的機(jī)制。研究得到姜黃基因組大小為1.11 Gb, contig N50為2.24 Mb, GC含量為40.18%?；蚪M進(jìn)化分析表明，姜黃和姜有共同的全基因組復(fù)制事件，且發(fā)生在姜黃分化之前，共檢測(cè)到613個(gè)顯著擴(kuò)增基因家族和5307個(gè)顯著收縮基因家族。擴(kuò)增的基因家族在次生代謝過(guò)程和碳水化合物代謝中富集，而大量有關(guān)收縮的基因家族主要與轉(zhuǎn)錄因子、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和植物-病原相互作用有關(guān)，這可能與姜黃對(duì)環(huán)境的適應(yīng)有關(guān)。此外，不同發(fā)育階段塊根的轉(zhuǎn)錄組和WGCNA分析發(fā)現(xiàn)，植物激素信號(hào)和碳水化合物代謝反應(yīng)相關(guān)的候選基因可能與塊根的誘導(dǎo)形成有關(guān)，如CYP735A1、CKX4、CYP714B、SAUR、IAA16、SUS1/2/4、EGL6/10/24等基因。這些數(shù)據(jù)為了解非生物脅迫下植物存活與次生代謝物合成的關(guān)系提供了基礎(chǔ)，并為進(jìn)一步研究姜黃生產(chǎn)中的分子育種以及姜科植物的基因組比較分析提供了重要的參考。

圖1：姜黃基因組

圖2：基因組比較和進(jìn)化分析

圖3：姜黃基因組中發(fā)現(xiàn)的聚酮合酶基因簇

該成果得到國(guó)家中醫(yī)藥跨學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(ZYYCXTD-D-202209)、中央本級(jí)重大增減支項(xiàng)目(2060302)、成都中醫(yī)藥大學(xué)人才項(xiàng)目(QNXZ2018017, QNXZ2019001)、特色中藥資源多維評(píng)價(jià)與產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2022C001)、四川省科技廳科技規(guī)劃項(xiàng)目(2020YFN0152, 22CXTD0009)項(xiàng)目的支持。

全文鏈接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1003835/full

供稿：西南特色中藥資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、藥學(xué)院/現(xiàn)代中藥產(chǎn)業(yè)學(xué)院彭成課題組。