李思锋团队联合多家单位破译漆树基因组

揭示木质素和漆酚合成相关的代谢通路

漆树是我国重要的特用经济树种，据考古发现我国使用天然生漆的历史可追溯到公元前七千多年前，据明朝黄成所撰的现今唯一传世的漆器工艺著作《髹饰录》记载：“漆之为用也，始于书竹简，而舜作食器，黑漆之，禹作祭器，黑漆其外，朱画其内。”《庄子·人世间》中也有“桂可食，故伐之；漆可用，故割之”的记载。而曾经作为礼器的漆器如今依然以其独有的东方元素，传承着华夏艺术瑰宝无穷魅力。

漆树是漆树科漆树属落叶乔木，在我国大部分地区均有分布。其木质坚硬、细腻，是制作家具的上好材质。漆树的叶和花果，可以入药，有止咳、消淤、通经、杀虫之效。果实可榨油，果皮可取蜡，漆仁油可作油漆工业的原料，也可食用，漆蜡则是制造肥皂和甘油的重要原料。漆液是天然树脂涂料，素有“涂料之王”的美誉。因此，漆树是天然涂料、油料和木材兼用的经济型树种，可谓全身皆宝。我国**医学中干漆有通经、驱虫、镇咳的功效；药理研究表明，漆树中含有多种黄酮、有机酸等天然小分子具有抗癌、**神经异常等活性。

虽然我国漆树资源丰富，但漆树育种仍处于**选育阶段，漆树中漆酚的生源合成及该途径中关键酶基因尚未破解，漆树品种中特色天然产物的精细鉴定及其相关基因仍未鉴定，这些严重制约了漆树综合资源**及分子育种**。

近日，陕西省西安植物园（陕西省植物研究所）陕西省“三秦学者”李思锋研究员团队在Cell Press旗下交叉学科期刊iScience在线发表了题为“The chromosome-level genome for Toxicodendron vernicifluum provides crucial insights into Anacardiaceae evolution and urushiol biosynthesis的研究论文。该研究首次**并公**布了染色体级别的漆树参考基因组序列，并揭示了漆树木质素及漆酚合成相关的代谢通路。

本研究利用Nanopore、PacBio Sequel Ⅱ、MGISEQ-2000和Hi-C技术开展了漆树“高八尺”进行全基因组序列测定。组装后**基因组大小为 491.93 M，Contig和Scaffold N50分别为5.26 Mb 和32.97 Mb，染色体挂载率为98.26%，共注释**32682个基因（图1）。

图1 高**漆树基因组组装图

进化**显示，漆树与P. vera之间的物种分化大约发生在25.2Mya，并且漆树在47.3 Mya经历了一次全基因组复制事件。其中与漆酚生物合成相关的基因家族发生显著扩张，可能对于漆树的生态适应性和生物适应性有重要作用（图2）。

图2 漆树比较基因组**。a，15种近缘植物的基因家族扩张和收缩。分支上的绿色和红色数字代表每个物种的扩张和收缩基因家族。b，漆树的 WGD **。c，代表了漆树科其他物种的 T.vernicifluum 旁系同源物和直系同源物的同线块的 4dTv 分布。

同时团队进一步联合基因组、转录组和代谢组数据，**漆树中漆酚和木质素合成代谢**中相关关键酶基因的变化规律，绘制了漆树漆酚及木质素合成通路代谢图（图3）。并结合基因结构鉴定与转录组**，在漆树中鉴定了33条聚酮合酶基因，该酶是漆酚合成途径上的关键酶基因。此外，运用代谢组学技术揭示了不同漆树品种“大红袍“、”高八尺“、”贵州红毛“、”贵州黄毛“以及野生型漆树含有的化合物图谱，为漆树的综合**提供了**数据。并且发现不同品种在特有天然产物方面存在差异，漆黄素、黄颜木素等黄酮类化合物可以作为漆树品种鉴定的代谢物标记。

图3 漆树中漆酚合成（a）及木质素（b）合成代谢通路

综上，本研究首次公布了漆树高**基因组数据，为漆树分子育种及天然产物**提供了基因组基础，也为漆树科比较基因组学、进化生物学等研究提供了支撑。

以上研究由陕西省西安植物园（陕西省植物研究所）李思锋课题组联合华大基因、西安交通大学、国投生物科技投资有限**等多家单位协作完成。陕西省西安植物园（陕西省植物研究所）柏国清副研究员、陈尘副研究员、华大基因赵辰曦博士、西安交通大学周涛副教授、国投生物科技投资有限**李丹博士为共同第一作者；陕西省西安植物园（陕西省植物研究所）李思锋教授为本文通讯作者。陕西理工大学周天华副教授参与了本研究。研究的开展**国家自然科学基金、陕西省重点研发计划项目、第四次全国中药资源普查陕西省项目的共同资助。

参考文献：

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作者：王 一

来源|BAP BioArt植物