薰衣草近緣物種分化及精油品質差異的分子機制揭示

　　享有“香草皇后”美譽的薰衣草，為唇形科薰衣草屬多年生亞灌木，花朵芬芳，從中提煉的精油富含多種單萜、倍半萜等揮發性活性成分，具備殺菌、抗炎、抗氧化等功效，具有較高的經濟價值。多倍化和轉座子插入與植物基因組變異和次生代謝產物多樣密切相關，但其對于唇形科植物化學多樣性的具體貢獻，缺乏深入研究。

　　中國科學院植物研究所石雷研究組通過繪制雜薰衣草（Lavandula × intermedia）染色體級別精細基因組圖譜，綜合解讀了雜薰衣草的兩套亞基因組（LX-LA和LX-LL）特征，從全基因組層面證明了它是狹葉薰衣草（L. angustifolia）和寬葉薰衣草（L. latifolia）的雜交種。研究分析雜薰衣草兩套亞基因組及親本基因組發現，全基因組復制和轉座子插入促使狹葉薰衣草和寬葉薰衣草從共同祖先分化，且對萜類合成基因的結構和表達產生了顯著影響，是薰衣草屬揮發性萜類多樣化的主要驅動力。

　　高乙酸芳樟酯和乙酸薰衣草酯、低樟腦含量的薰衣草精油品質上乘。近年來，雜薰衣草育種以提高精油品質為目標，因此解析薰衣草萜類差異形成機理至關重要。科研人員運用比較基因組、等位基因特異表達、共線性推演、進化分析及假基因序列恢復等分析手段，挖掘了催化乙酸芳樟酯和乙酸薰衣草酯合成的AAT基因和催化樟腦合成的BDH基因，重構了雜薰衣草兩套亞基因組及親本基因組中的AAT和BDH的演化歷史，并利用原核基因表達進行了功能驗證。結果表明，寬葉薰衣草和LX-LL亞基因組中能催化乙酸芳樟酯和乙酸薰衣草酯生成的AAT基因由于轉座子插入及移碼發生了假基因化或丟失，導致寬葉薰衣草中不能合成這兩種單萜；串聯復制和DNA型轉座子插入保留的多個BDH拷貝導致寬葉薰衣草中更高的樟腦積累。本研究闡明了薰衣草乙酸芳樟酯、乙酸薰衣草酯和樟腦合成及近緣種精油品質差異的分子機制，為雜薰衣草品種優化、篩選以及分子育種奠定了基礎。

　　近日，相關研究成果在線發表在《植物生物技術雜志》（Plant Biotechnology Journal）上。研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項（A類）“美麗中國”項目、國家自然科學基金、中國科學院特別研究助理項目和中國博士后科學基金的支持。