福建农林大学陈世品刘仲健研究组揭示楠木基因组与木兰类的进化关系学术资讯

来源：植物科学最前沿

近日，Horticulture Research 在线刊出了福建农林大学陈世品刘仲健研究组题为The Phoebe genome sheds light on the evolution of magnoliids 的重要成果。该研究成果完成了楠木全基因组测序和比较基因组分析，揭示了楠木的植株形态、材质形成的分子机制与木兰类植物的进化关系。

木兰类（Magnoliids）植物有9000多个种，由樟目（Laurales）、白樟目（Canellales）、木兰目（Magnoliales）和胡椒目（Piperales）组成。尽管已有5种木兰类物种完成了基因组测序，但木兰类植物与单双子叶植物之间的系统发育关系仍然不确定。闽楠（Phoebe bournei）俗称楠木，属于木兰类的樟目，主要分布于中亚热带常绿阔叶林地带，是中国二级珍稀渐危树种。其木材芳香耐久，纹理结构美观，是重要建筑和制造高级家具的珍贵用材；其次，其树干通直，树冠茂盛，被作为行道树广泛种植。楠木寿命长，生长缓慢，再加上过渡砍伐，导致楠木自然群体破碎化。因此，对楠木进行全基因组测序，将为楠木及其他木兰类植物的起源、进化、多样性和保护提供新的见解。

Fig. 1 Morphological features of Nanmu. Survey测序评估了楠木基因组大小约为1Gb，杂合度为1.54%。利用二代测序（Illumina）+三代测序（PacBio）组装了989.19Mb大小的基因组（Contig N50=2.05 Mb），其中68.51%为重复序列，比牛樟（Cinnamomum kanehirae）基因组中的重复系列多20.5%。楠木基因组中注释了28,198个蛋白编码基因，其中27,011个基因得到了功能注释。基于贝叶斯法构建的系统发育树和基于氨基酸序列构建的串联树和并联树均支持木兰类是单双子叶植物的姐妹类群，而基于核苷酸序列构建的串联树和并联树支持木兰类与单子叶植物共享同一个祖先，说明在单双子叶植物以及木兰类的分化存在不完全谱系排序（incomplete lineage sorting）。

Fig. 2 Comparison of phylogenetic trees constructed by different methods. Ks分析表明樟科与木兰目分化前不久发生过一次古老的全基因组复制事件（WGD）；随后，樟科的祖先经历了一次WGD事件，现存的樟科物种共享这次WGD事件，楠木自身没有发生WGD事件。在楠木基因组中鉴定了63个MADS-box基因，其中与根发育的AGL12-like和ANR1-like基因在楠木基因组中发生了复制；鉴定了5个参与光形态发生的FIN219-like基因和2个参与光信号介导茎发育的SAUR50-like基因，这些基因可能促进了楠木向阳生长，从而形成了通直的树干。其次，MYB46-like基因主要调节木质素生物合成，PtrEPSP-like基因可以直接抑制SLEEPER-like基因的表达，而SLEEPER-like基因特异性抑制MYB46-like基因的表达，从而影响木质素的生物合成。我们在楠木中鉴定了4个MYB46-like和3个PtrEPSP-like基因，所有MYB46-like基因均在楠木的心材和皮层中表达，但在叶中低表达，PbEPSP1 在心材、皮层和叶片中高表达，这些基因可能与楠木材质的形成有关。

Fig. 3 WGD analysis.
楠木全基因组测序的完成进一步揭示楠木及其他木兰类植物的系统发育；为楠木的多样性、保护提供了新的视角；有助于研究人员利用遗传学手段改造木本植物使其朝有利于人类和环境的方向进化。福建农林大学刘仲健教授为该论文的通讯作者，福建农林大学陈世品副教授为第一作者，福建农林大学博士生孙维红、章迪杨、马良等人参与了本项目的研究。本研究在福建农林大学林业高峰学科项目（118/712018007）、福建农林大学科技创新专项基金（118/KF2015088）和福建省第六批种子播种工程（[2-19]357）的资助下完成。

来源：frontiersin 植物科学最前沿

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