近日,福建農林大學秦源教授團隊在《Horticulture Research》期刊上發表題為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。福建農林大學生命科學學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林大學秦源課題組安昌博士后。
該研究以藥用植物鱷嘴花(Clinacanthus nutans)為研究對象,圍繞其基因組特征與多組學調控機制開展系統解析。該研究首次構建鱷嘴花的染色體水平參考基因組,并通過多組學整合分析,系統探討其代謝通路演化及器官特異性特征。
研究團隊完成了鱷嘴花首個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。基因組分析顯示,其重復序列比例較高(約69%),以LTR類反轉錄轉座子為主,反映了較為活躍的轉座子擴增歷史。系統發育與Ks分析表明,鱷嘴花在其進化過程中經歷了一次唇形目(Lamiales)尺度共享的全基因組復制(WGD)事件,該事件發生于其與葡萄分化之后、唇形目主要類群分化之前。基因家族擴張與收縮分析顯示,顯著擴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、植物激素信號轉導及脅迫響應相關功能,表明這些代謝與調控相關基因在進化過程中受到明顯的擴張驅動。
研究整合根、莖、嫩葉、成熟葉和花五個器官的轉錄組與代謝組數據,系統刻畫了不同器官在基因表達與代謝組成上的空間分化格局。結果顯示,地上與地下器官在代謝通路組成及其對應基因表達模式上呈現出顯著分化:黃酮類代謝相關通路及其關鍵基因主要在葉和花中高表達,而三萜類代謝通路及其限速酶基因則在根中較為活躍。進一步的加權基因共表達網絡分析(WGCNA)鑒定了4個與次生代謝顯著相關的核心模塊,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鍵結構酶編碼基因,如與苯丙素途徑、黃酮骨架形成及三萜骨架構建相關的酶類,同時還富集了一批潛在的調控因子,主要包括MYB、bHLH、WRKY及 AP2/ERF 等轉錄因子家族成員。模塊內基因的表達模式與相應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控。
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鱷嘴花多組學整合研究的總體框架
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