高質量的巴戟天基因組圖譜發布

　　中藥材巴戟天來源于茜草科植物巴戟天（Morinda officinalis How）的干燥根，是我國著名的“四大南藥”和“十大廣藥”之一，具有1700余年藥用歷史，并收載于歷版《中華人民共和國藥典》。巴戟天在廣東省的栽培面積最大，產量占全國總產量的90%以上，肇慶市高要、德慶等地為歷史道地產區。高要巴戟天于2012年獲得國家“道地藥材”認證，并在2015年入選“中華人民共和國地理標志保護產品”。隨著市場對巴戟天的需求量急速增長，導致其面臨野生資源耗竭和種質退化等問題。然而，高質量的巴戟天基因組圖譜的缺乏制約了其功能基因組學和分子育種的發展。

　　近日，Horticulture Reaearch在線發表了廣東省農業科學院作物研究所等單位題為Ahigh-quality genome assembly of Morinda officinalis, a famous native southernherb in the Lingnan region of southern China的研究論文。

　　該研究采用Oxford Nanopore三代測序和Hi-C技術對廣東省高要市的巴戟天主要栽培品種“高戟3號”進行了測序，首次組裝了巴戟天染色體級高質量基因組。組裝的參考基因組大小為484.85 Mb，雜合度為1.32%，contig N50為4.21Mb, scaffold N50為40.97 Mb，BUSCO指數為97.02%，注釋獲得27,102個蛋白質編碼基因（圖1）。

　　圖1 巴戟天的基因組特征。a. 染色體； b. 基因密度； c. 串聯重復序列密度； d. LTR-Copia密度； e. LTR-Gypsy密度； f. 轉座子密度； g. 基因共線性。

　　蒽醌類、環烯醚萜類和多糖類是巴戟天中最重要的活性成分。目前為止，上述活性成分的生物合成途徑的研究在其他藥用植物中均有報道，而巴戟天中的關鍵中間產物和基因信息尚不清楚。利用上述高質量基因組信息推定了參與蒽醌類、環烯醚萜類和多糖類成分生物合成的結構基因及其在不同組織部位和不同生長年限根中的表達模式（圖2）。此外，我們還發現涉及上述活性成分生物合成的DHQS,GGPPS, TPS-Clin, TPS04, sacA和UGDH等基因家族在巴戟天中發生擴張。

　　圖2 巴戟天中主要活性成分的生物合成通路。a. 蒽醌和萜類生物合成途徑；b. 多糖生物合成途徑；c. 淀粉和蔗糖代謝通路（部分）。熱圖代表基因的表達水平,紅點代表該基因家族在巴戟天中發生了擴張。

　　綜上，該研究利用Oxford Nanopore三代測序和HiC技術對我國著名的嶺南道地藥材巴戟天的基因組進行了組裝，獲得了高質量的染色體級別參考基因組圖譜，為巴戟天的遺傳改良以及活性成分的合成調控提供了重要的理論基礎。

　　廣東省農業科學院作物研究所王繼華研究員和徐世強博士為論文共同第一作者，楊少海研究員為通訊作者。相關工作得到了廣東省重點領域研發計劃項目 (2020B020221001)、廣東省農業科學院高水平科學創新戰略建設項目（R2019PY-JX003）和廣東省高要南藥現代農業產業園項目的資助。