福建農林大學第一篇Nature張亮生組發表睡蓮基因組

　　2019年12年19日，Nature雜志在線發表了來自福建農林大學（第一單位）張亮生組及合作者題為“The water lily genome and the early evolution of flowering plants”的研究論文。該研究獲得了藍星睡蓮的高質量基因組，并通過其基因組與轉錄組結果展示了早期被子植物的進化特點和特征；同時解析了睡蓮的花器官發育和花香花色調控基因，對園藝植物分子育種等應用具有重要參考價值。此外，我們公眾號查詢發現該篇文章為福建農林大學建校以來第一篇以第一完成單位的Nature文章，恭喜福建農林大學！

　　無油樟目（Amborellales），睡蓮目（Nymphaeales）與木蘭藤目（Austrobaileyales）一起屬于早期被子植物類群，被稱為ANA被子植物類群。ANA被子植物類群，與單子葉，真雙子葉以及木蘭類等一起組成現在的被子植物。開花植物在2億年前起源，其快速輻射擴張到30萬種并占領地球，這種被子植物快速輻射現象也被達爾文稱為“惱人之謎”。

　　通常睡蓮是指睡蓮目睡蓮科睡蓮屬種的睡蓮，睡蓮屬分成5個亞屬，包括了50多了種；廣義的睡蓮包括了睡蓮科所有物種。 睡蓮與荷花雖然相似，但是兩種親緣關系差別很遠。睡蓮有50多原生種，而荷花只有兩種，睡蓮具有更強的適應性和廣泛的分布。睡蓮的花色類型很多，除了常見花色類型，還有藍色，紫色和各種嵌色系。睡蓮的花香類型豐富并且濃烈，是理想的花香提取材料。花色花香是園藝植物非常重要的性狀，了解背后的分子機制是分子遺傳育種的第一步，而睡蓮是理想的花色花香研究材料。睡蓮基因組工作不僅助力睡蓮成為早期被子植物的模式植物研究體系以及揭示早期開花植物進化特征，而且在花色花香等園藝性狀研究方面做出一定貢獻。

　　該研究獲得了藍星睡蓮的高質量基因組，并通過系統發育組分析顯示睡蓮和無油樟屬于早期被子植物類群，支持無油樟是最早的被子植物類群。通過基因組和轉錄組分析，睡蓮科祖先發生了一次基因組加倍事件，這個事件可能在睡蓮目祖先發生的。

　　此外，研究發現睡蓮的ABC基因在各個花器官中具有廣泛的表達譜，而ABC基因在單子葉和核心雙子葉中具有嚴格的表達模式，表明早期被子植物的ABC基因可能具有廣泛的表達，只是在單子葉和核心雙子葉中嚴格表達，是后期進化出來的。睡蓮的ABC基因表達情況可能也解釋了萼片和花瓣沒有真正意義上的分化，與被子植物花的祖先相似。

　　之后，該研究還推測了睡蓮花色和花香的合成途徑基因。通過比較自然變異的白色花瓣藍星睡蓮與藍色花瓣的轉錄組，發現兩個重要基因可能編碼藍色花瓣合成途徑關鍵酶。睡蓮的花香有11種成分主要是萜類和脂肪酸等，其中合成倍半萜基因與單雙子葉中已知基因不一樣。該研究還鑒定了一個在花瓣中高表達的脂肪酸合成酶同源基因，在酵母中檢測到其具有催化的活性。此外，花香成分及其合成基因進化分析顯示睡蓮與核心被子植物是平行進化出花香。由于睡蓮獨特的進化位置，其基因組展示了早期開花植物的進化特征。

　　綜上所述，該研究通過睡蓮基因組發現基因組加倍和花香的起源對被子植物的快速輻射具有重要性，揭示早期開花植物的花器官發育可能不是嚴格受ABC基因調控。在園藝育種上，藍色花瓣的合成關鍵基因的發現可以作為培育藍色花瓣花卉的候選基因。

　　據悉福建農林大學張亮生博士是睡蓮基因組工作的第一作者和唯一通訊作者，福建農林大學是第一作者和通訊單位。其中共同第一作者有南京農業大學陳飛，福建農林大學張興坦，根特大學Zhen Li，復旦大學趙義勇等。張亮生博士，南京農業大學陳飛博士，陳峰教授以及比利時根特大學Yves Van de Peer教授，美國賓州州立大學馬紅教授，唐海寶教授是共同指導作者。