四种测序技术实现了胡椒染色体级别的组装

　　胡椒为什么辣？胡椒碱含量的高低决定了胡椒的辛辣程度。10月16日，中国科学家宣布找到胡椒碱的来源，以及哪些基因对胡椒“辣”味机制至关重要。

　　《自然-通讯》杂志发表的这项最新成果由中国热带农业科学院香饮所联合华中农业大学、马来西亚科学院等7家单位完成。他们绘制了我国胡椒栽培种“热引1号”染色体级别精细基因组图谱，这是木兰亚纲胡椒目首次报道基因组组装的物种；综合解读了胡椒的基因组特征，物种进化位置；并对胡椒碱合成代谢网络和关键基因及其基因家族进行深入研究，为被子植物演化及胡椒碱生物合成提供了新的见解。

　　胡椒是木兰亚纲胡椒目胡椒科胡椒属的热带木质藤本植物，素有“香料之王”“黑色黄金”的美誉，在人类历史文明进程中占有独特地位。在中世纪的欧洲，胡椒是社会地位和财富的象征，价比金银，可作为货币流通。胡椒贸易路线的拓展促成了新航路开辟、地理大发现等重要历史事件。当前，胡椒广泛种植于热带、亚热带30多个国家和地区，已成为服务“一带一路”倡议的重要媒介作物。

　　研究团队结合PacBio三代测序、10X Genomics、基于直接标记和染色（DLS）的BioNano单分子光学图谱和Hi-C染色体交互捕获四种测序技术，实现了胡椒染色体级别的组装。基于21个典型物种的比较基因组和系统发育分析，确定了胡椒及其所在木兰亚纲的系统发育位置，即木兰亚纲与整个单子叶-双子叶互为姐妹关系，胡椒目与木兰目-樟目互为姐妹关系，且大约在175-187 百万年前发生分化。

　　同时，研究团队进一步通过基因家族扩增、比较转录组和序列进化分析，揭示了胡椒最主要的功能物质胡椒碱生物合成的特异性，初步阐述胡椒碱生物合成分子机理。他们发现，胡椒碱的合成主要由苯丙烷代谢、赖氨酸代谢相关基因和酰基转移酶基因控制，这一特征与辣椒素等其他次生代谢物质的形成具有显著差异，体现了胡椒辣味形成机制的新颖性。

　　该研究主要得到了中央级公益性科研院所基本科研业务费和农业农村部物种资源保护等项目的支持。中国热科院香饮所副研究员胡丽松、华中农业大学许忠平博士为论文的共同第一作者，中国热科院香饮所研究员郝朝运、华中农业大学教授金双侠为论文共同通讯作者。

胡椒基因组信息   热科院供图