高质量的巴戟天基因组图谱发布

　　中药材巴戟天来源于茜草科植物巴戟天（Morinda officinalis How）的干燥根，是我国著名的“四大南药”和“十大广药”之一，具有1700余年药用历史，并收载于历版《中华人民共和国药典》。巴戟天在广东省的栽培面积最大，产量占全国总产量的90%以上，肇庆市高要、德庆等地为历史道地产区。高要巴戟天于2012年获得国家“道地药材”认证，并在2015年入选“中华人民共和国地理标志保护产品”。随着市场对巴戟天的需求量急速增长，导致其面临野生资源耗竭和种质退化等问题。然而，高质量的巴戟天基因组图谱的缺乏制约了其功能基因组学和分子育种的发展。

　　近日，Horticulture Reaearch在线发表了广东省农业科学院作物研究所等单位题为Ahigh-quality genome assembly of Morinda officinalis, a famous native southernherb in the Lingnan region of southern China的研究论文。

　　该研究采用Oxford Nanopore三代测序和Hi-C技术对广东省高要市的巴戟天主要栽培品种“高戟3号”进行了测序，首次组装了巴戟天染色体级高质量基因组。组装的参考基因组大小为484.85 Mb，杂合度为1.32%，contig N50为4.21Mb, scaffold N50为40.97 Mb，BUSCO指数为97.02%，注释获得27,102个蛋白质编码基因（图1）。

　　图1 巴戟天的基因组特征。a. 染色体； b. 基因密度； c. 串联重复序列密度； d. LTR-Copia密度； e. LTR-Gypsy密度； f. 转座子密度； g. 基因共线性。

　　蒽醌类、环烯醚萜类和多糖类是巴戟天中最重要的活性成分。目前为止，上述活性成分的生物合成途径的研究在其他药用植物中均有报道，而巴戟天中的关键中间产物和基因信息尚不清楚。利用上述高质量基因组信息推定了参与蒽醌类、环烯醚萜类和多糖类成分生物合成的结构基因及其在不同组织部位和不同生长年限根中的表达模式（图2）。此外，我们还发现涉及上述活性成分生物合成的DHQS,GGPPS, TPS-Clin, TPS04, sacA和UGDH等基因家族在巴戟天中发生扩张。

　　图2 巴戟天中主要活性成分的生物合成通路。a. 蒽醌和萜类生物合成途径；b. 多糖生物合成途径；c. 淀粉和蔗糖代谢通路（部分）。热图代表基因的表达水平,红点代表该基因家族在巴戟天中发生了扩张。

　　综上，该研究利用Oxford Nanopore三代测序和HiC技术对我国著名的岭南道地药材巴戟天的基因组进行了组装，获得了高质量的染色体级别参考基因组图谱，为巴戟天的遗传改良以及活性成分的合成调控提供了重要的理论基础。

　　广东省农业科学院作物研究所王继华研究员和徐世强博士为论文共同第一作者，杨少海研究员为通讯作者。相关工作得到了广东省重点领域研发计划项目 (2020B020221001)、广东省农业科学院高水平科学创新战略建设项目（R2019PY-JX003）和广东省高要南药现代农业产业园项目的资助。