近日，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院在《自然—通訊》雜志在線(xiàn)發(fā)表重要成果：The Litseagenome and the evolution of the laurel family。該項(xiàng)研究成功組裝全球首個(gè)染色體級(jí)別的高質(zhì)量山蒼子基因組圖譜，并基于此揭示樟科物種進(jìn)化及其精油合成的分子機(jī)制。中國(guó)林科院亞林所陳益存副研究員、趙耘霄博士、高暝助理研究員，根特大學(xué)李臻博士后，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)王潔雨博士，清華大學(xué)劉可為博士是論文共同第一作者，中國(guó)林科院亞林所汪陽(yáng)東研究員，臺(tái)灣成功大學(xué)蔡文杰教授、福建農(nóng)林大學(xué)劉仲健教授、根特大學(xué)Yves教授為共同通訊作者。

山蒼子是我國(guó)南方家喻戶(hù)曉的一種香料樹(shù)種，其果實(shí)有香氣，無(wú)毒，可治療急性肺炎，有抗病毒抗菌消炎作用。我國(guó)山蒼子栽培面積21.60萬(wàn)畝，精油年產(chǎn)量14.01萬(wàn)噸，為世界上最大的生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約20億元。

山蒼子作為木蘭類(lèi)分支樟目樟科的代表種之一，鮮果皮精油含量高達(dá)到4%～7%，單萜化合物含量高達(dá)98%。實(shí)際上，山蒼子所屬的樟科植物普遍富含豐富的單萜化合物，即樟腦、桉葉油醇、檸檬醛等。樟科植物是我國(guó)南方重要的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)樹(shù)種，全國(guó)約有20屬，423種，在材用、藥用、香料、醫(yī)藥上都占有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

樟科花小、花序形態(tài)多樣、存在雙性花和單性花，使得其形態(tài)演變及進(jìn)化位置研究困難；樟科特殊香味關(guān)鍵化合物合成機(jī)理尚不清楚。因此，從基因組水平探討樟科的進(jìn)化、花形態(tài)演變分子證據(jù)及特殊香味的遺傳基礎(chǔ)，對(duì)揭示樟科植物的生物學(xué)特性、應(yīng)用推廣及遺傳育種具有指導(dǎo)作用。

2016年10月，亞林所研究團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)了山蒼子基因組測(cè)序項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)3年多努力，圓滿(mǎn)完成項(xiàng)目任務(wù)，獲得了大小為1.37G，contig N50為607.34kb的基因組。通過(guò)Hi-C技術(shù)，他們進(jìn)一步將基因組錨定到24條染色體上，錨定率94.56%，獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的山蒼子基因組圖譜。

樟科花序形態(tài)特征是樟科分類(lèi)的一個(gè)重要依據(jù)。通常，樟科花序有圓錐花序、穗狀花序、總狀花序、傘形花序。陳益存副研究員介紹，基于山蒼子基因組及樟科13屬28個(gè)物種花器官的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)高度保守的參與花序形態(tài)發(fā)生的基因PETAL LOSS（FUWA）所構(gòu)建的花序系統(tǒng)發(fā)育與樟科物種的系統(tǒng)進(jìn)化對(duì)應(yīng)，揭示了樟科花序從穗狀花序、穗狀圓錐花序向聚傘形圓錐花序、假傘形花序，到傘形花序演變的規(guī)律。

山蒼子和樟科樹(shù)種特有的香味從何而來(lái)？研究團(tuán)隊(duì)在高質(zhì)量基因組圖譜基礎(chǔ)上，解析了關(guān)鍵化合物形成的分子機(jī)制。芳樟醇、桉葉油醇、檸檬醛、α/β蒎烯、莰烯、香葉醇等單萜化合物是樟科精油的主要成分，如山蒼子精油中單萜化合物高達(dá)98%。單萜化合物決定了精油的品質(zhì)，具有抗病毒、消炎和殺菌的作用。通過(guò)比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，單萜合酶Mono-TPS在樟科發(fā)生了顯著擴(kuò)張。單萜合酶主要催化單萜化合物合成。為進(jìn)一步挖掘調(diào)控主要單萜化合物合成的關(guān)鍵基因，團(tuán)隊(duì)采用同源和異源瞬時(shí)表達(dá)，以及體外酶活驗(yàn)證，鑒定了調(diào)控樟科及山蒼子精油主要化合物合成的關(guān)鍵酶基因LcuTPS42。

下一步，研究團(tuán)隊(duì)將基于基因組數(shù)據(jù)，結(jié)合大群體，進(jìn)行山蒼子精油品質(zhì)和產(chǎn)量相關(guān)的分子標(biāo)記精準(zhǔn)預(yù)測(cè)研究；結(jié)合建立的山蒼子遺傳轉(zhuǎn)化體系，進(jìn)一步挖掘、鑒定和應(yīng)用山蒼子精油產(chǎn)量和品質(zhì)的主效基因，為山蒼子遺傳改良提供基礎(chǔ)；同時(shí)進(jìn)一步挖掘樟科性別相關(guān)分子標(biāo)記，為開(kāi)展山蒼子苗期性別鑒定奠定基礎(chǔ)。