近日，福建農(nóng)林大學(xué)秦源教授團(tuán)隊(duì)在《Horticulture Research》期刊上發(fā)表題為From Folklore to Explore: Integrating Genomic and Multi-Omics Data for Clinacanthus nutans Provides Insights into the Evolution and Organ-Specific Therapeutic basis的研究成果。福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院秦源教授和鄭平副教授為論文的通訊作者。論文第一作者為福建農(nóng)林大學(xué)秦源課題組安昌博士后。

該研究以藥用植物鱷嘴花（Clinacanthus nutans）為研究對(duì)象，圍繞其基因組特征與多組學(xué)調(diào)控機(jī)制開(kāi)展系統(tǒng)解析。該研究首次構(gòu)建鱷嘴花的染色體水平參考基因組，并通過(guò)多組學(xué)整合分析，系統(tǒng)探討其代謝通路演化及器官特異性特征。

研究團(tuán)隊(duì)完成了鱷嘴花首個(gè)染色體水平基因組組裝，基因組大小約731.61 Mb，共錨定至18條假染色體?；蚪M分析顯示，其重復(fù)序列比例較高（約69%），以LTR類反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子為主，反映了較為活躍的轉(zhuǎn)座子擴(kuò)增歷史。系統(tǒng)發(fā)育與Ks分析表明，鱷嘴花在其進(jìn)化過(guò)程中經(jīng)歷了一次唇形目（Lamiales）尺度共享的全基因組復(fù)制（WGD）事件，該事件發(fā)生于其與葡萄分化之后、唇形目主要類群分化之前?；蚣易鍞U(kuò)張與收縮分析顯示，顯著擴(kuò)張的基因家族主要富集于黃酮類和三萜類等次生代謝通路、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及脅迫響應(yīng)相關(guān)功能，表明這些代謝與調(diào)控相關(guān)基因在進(jìn)化過(guò)程中受到明顯的擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)。

研究整合根、莖、嫩葉、成熟葉和花五個(gè)器官的轉(zhuǎn)錄組與代謝組數(shù)據(jù)，系統(tǒng)刻畫(huà)了不同器官在基因表達(dá)與代謝組成上的空間分化格局。結(jié)果顯示，地上與地下器官在代謝通路組成及其對(duì)應(yīng)基因表達(dá)模式上呈現(xiàn)出顯著分化：黃酮類代謝相關(guān)通路及其關(guān)鍵基因主要在葉和花中高表達(dá)，而三萜類代謝通路及其限速酶基因則在根中較為活躍。進(jìn)一步的加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）鑒定了4個(gè)與次生代謝顯著相關(guān)的核心模塊，這些模塊中不僅包含多條參與黃酮類和三萜類合成途徑的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)酶編碼基因，如與苯丙素途徑、黃酮骨架形成及三萜骨架構(gòu)建相關(guān)的酶類，同時(shí)還富集了一批潛在的調(diào)控因子，主要包括MYB、bHLH、WRKY及 AP2/ERF 等轉(zhuǎn)錄因子家族成員。模塊內(nèi)基因的表達(dá)模式與相應(yīng)代謝物在不同器官中的積累特征總體一致，提示其可能共同參與不同藥用部位的次生代謝調(diào)控。

鱷嘴花多組學(xué)整合研究的總體框架