薔薇科水楊酸生物合成通路的演化機制獲揭示

在國家自然科學基金等項目資助下，中國科學院華南植物園副研究員王新風、研究員顏海飛團隊與杭州西溪國家濕地公園高級工程師張巧玲團隊合作，成功揭示了薔薇科水楊酸生物合成通路的演化機制。相關成果近日發表于《園藝研究》（Horticulture Research）。

水楊酸是植物免疫和脅迫響應中的核心植物激素，在調控生長與防御權衡中發揮關鍵作用。盡管近年來苯丙氨酸解氨酶介導的水楊酸生物合成途徑在生化層面取得重要進展，但其在不同植物類群中的進化動態仍缺乏系統認識。繡線菊屬植物作為天然水楊酸的最早來源之一，在水楊酸代謝研究中具有重要意義，但長期缺乏高質量參考基因組，制約了相關研究的深入開展。

薔薇科水楊酸生物合成通路的進化分析。研究團隊供圖，下同

研究團隊以中華繡線菊為研究對象，構建了其染色體水平高質量參考基因組，并整合比較基因組學、轉錄組學及靶向代謝組學數據，系統解析了薔薇科水楊酸生物合成通路的演化機制。系統發育分析表明，中華繡線菊位于薔薇科李亞科，并在約5780萬年前與其他類群發生分化。進一步研究發現，染色體斷裂與融合事件以及譜系特異性全基因組復制（WGD）共同驅動了薔薇科核型結構的多樣化。

研究結果表明，苯丙氨酸解氨酶介導的途徑是薔薇科水楊酸生物合成的主導路徑，并在進化上高度保守。在李亞科物種中，該通路主要通過WGD擴張；而在薔薇亞科中，則由WGD與小尺度復制（SSD）共同驅動。來源于WGD的基因普遍具有良好的共線性并維持穩定高表達，而SSD來源的基因則表現出共線性降低和表達模式差異，反映出復制后的調控分化與亞功能化過程。

薔薇科物種全基因組表達模式及水楊酸生物合成通路相關酶譜分析。

轉錄組分析進一步顯示，苯丙氨酸解氨酶途徑相關基因在不同組織中具有顯著的表達差異；代謝組（UPLC-MS/MS）分析表明，中華繡線菊中水楊酸含量呈現明顯梯度分布：枝條最高（606-1038 ng/g FW），葉片次之（183-432 ng/g FW），而花中最低（42-56 ng/g FW），表明水楊酸在營養器官與生殖器官中均存在活躍合成。

綜上，基因組進化動態與轉錄及代謝調控的協同作用共同驅動了水楊酸生物合成通路的演化與功能分化，形成“核心穩定、外圍靈活”的調控體系。

該研究從基因組結構、基因復制、表達調控及代謝積累等多層面系統揭示了植物激素合成通路的演化機制，為理解植物免疫與環境適應提供了新視角，也為薔薇科果樹和觀賞植物的抗病分子育種提供了重要理論依據。

相關論文信息：https://doi.org/10.1093/hr/uhag108