PBJ | 华南农业大学破译杀虫植物印楝和苦楝高质量基因组并获得柠檬苦素生物合成机制的新认识

2022年12月，Plant Biotechnology Journal 上线了华南农业大学完成的题为“Meliaceae genomes provide insights into wood development and limonoids biosynthesis” 的研究论文，公布了印楝和苦楝高质量基因组以及其它楝科代表物种的全基因组重新测序结果，研究了楝科植物的系统发育关系，探讨了柠檬苦素生物合成调控等特征的分子机制，为楝科植物种质资源的开发利用提供了重要参考。

本研究利用二代Illumina、三代ONT以及Hi-C技术测序组装获得了两个染色体水平的高质量楝科植物基因组，其中印楝基因组大小约223.66 Mb，包含14条染色体，ContigN50为8.91 Mb，注释到23,087个蛋白编码基因；苦楝（Melia azedarach）基因组大小约237.16 Mb，包含14条染色体，ContigN50为8.07Mb，注释到21983个蛋白质编码基因。

根据对11种楝科植物叶绿体基因组、单拷贝基因家族和单核苷酸多态性的系统发育分析，认为楝科以分为洋椿亚科（Cedreloideae）和楝亚科（Melioideae）可能更加合理；两个亚科的分化时间约为22.16 Mya（百万年前），而印楝和苦楝的分化时间约为6.45 Mya。楝科与芸香科距离较近，大约在52.52 Mya发生分化，其次是无患子科（约53.51 Mya）和漆树科（约72.06 Mya）。楝科植物虽然没有经历额外的全基因组复制事件，但某些物种经历了片段复制。

纤维素、半纤维素、木质素等物质在木质部次生壁的积累，是决定木材产量和质量的重要因素。通过对相关合成基因和转录调控网络的研究发现，次生壁生物合成基因尤其是许多下游转录因子和纤维素/半纤维素生物合成相关基因在洋椿亚科的香椿中发生显著扩增，扩增程度远高于楝亚科的印楝和苦楝，这个发现为解释楝科植物木材品质差异提供了新的认识。