近日，我校中醫(yī)藥創(chuàng)新研究院/交叉學(xué)科研究院本草基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)在國際知名期刊Horticulture Research（中科院一區(qū)，Top期刊）發(fā)表題為Genome Assembly of Polygala tenuifolia Provides Insights into Its Karyotype Evolution and Triterpenoid Saponin Biosynthesis的論文，我校2022級(jí)博士研究生孟繁博為第一作者，成都中醫(yī)藥大學(xué)陳偉教授、冷梁副教授、華北理工大學(xué)宋小明教授為共同通訊作者，西南特色中藥資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一完成單位。

遠(yuǎn)志（Polygala tenuifolia）是遠(yuǎn)志科遠(yuǎn)志屬的多年生草本植物，最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，被譽(yù)為養(yǎng)命要藥，同時(shí)也是國家重點(diǎn)保護(hù)的三級(jí)野生品種之一。作為一種重要的藥用植物，遠(yuǎn)志被廣泛應(yīng)用于治療抑郁癥、焦慮癥、失眠癥、帕金森病和老年癡呆癥等疾病。然而，遠(yuǎn)志的基因組資源尚不完善，限制了對(duì)其基因組組成、功能基因的鑒定以及藥用成分的合成途徑等方面的深入探究。

該研究利用Illumnina、PacBio HiFi和Hi-C等多種技術(shù)，完成了首個(gè)遠(yuǎn)志科植物遠(yuǎn)志的染色體水平參考基因組的組裝和注釋，獲得遠(yuǎn)志基因組全長(zhǎng)769.62 Mb，其中含有36,463個(gè)基因以及60.49%的重復(fù)序列，其中713.3 Mb基因組序列被定位到19條染色體（圖1）。

圖1. 遠(yuǎn)志的形態(tài)和基因組信息

通過比較基因組學(xué)分析，該研究發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)志在共享核心雙子葉植物共有的全基因組三倍化事件之后，在距今約3900-4400萬年前和約1800-2000萬年前又經(jīng)歷了兩輪全基因組復(fù)制事件。全基因組復(fù)制（WGD）是藥用植物進(jìn)化和次級(jí)代謝產(chǎn)物多樣性產(chǎn)生的重要驅(qū)動(dòng)力，而在此過程中核型的演化歷程一直是WGD領(lǐng)域有廣泛關(guān)注度但研究難度頗大的一個(gè)主題。該研究對(duì)遠(yuǎn)志在兩次WGD前后的核型進(jìn)化歷程進(jìn)行了詳細(xì)的梳理，重建了遠(yuǎn)志的祖先染色體，推斷了其從核心雙子葉植物的共同祖先到現(xiàn)在物種的染色體進(jìn)化軌跡（圖2）。相關(guān)工作為其他經(jīng)歷了多次WGD植物的核型進(jìn)化分析提供了范例。

圖2. 遠(yuǎn)志染色體核型進(jìn)化歷程的詳細(xì)解析

遠(yuǎn)志皂苷作為遠(yuǎn)志中重要的活性物質(zhì)，具有益智安神及抗衰老等多種藥理活性，是遠(yuǎn)志中重要的次生代謝產(chǎn)物?；谵D(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)鑒定了參與遠(yuǎn)志三萜皂苷合成相關(guān)的酶基因和轉(zhuǎn)錄因子，構(gòu)建了參與遠(yuǎn)志皂苷生物合成途徑的基因與轉(zhuǎn)錄因子之間的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（圖3）。

圖3. 遠(yuǎn)志三萜皂苷生物合成相關(guān)基因

綜上，該研究為深入研究遠(yuǎn)志的生物學(xué)特性、基因組進(jìn)化、藥用價(jià)值提供了重要的數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，也為遠(yuǎn)志資源的保護(hù)和合理利用提供了重要的科學(xué)支持。

該成果得到了四川省自然科學(xué)基金（2023NSFSC0683），國家中醫(yī)藥管理局中醫(yī)藥創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)及人才支持計(jì)劃項(xiàng)目（ZYYCXTD-D-202209）等基金項(xiàng)目的支持。

全文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad139

供稿：西南特色中藥資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中醫(yī)藥創(chuàng)新研究院/交叉學(xué)科研究院本草基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)。