科學家破譯構樹基因組

構樹（Broussonetia papyrifera）又稱紙皮樹、肥豬樹，為桑科構屬多年生闊葉喬木，自然分布於我國大部分地區和東南亞，是一種典型的鄉土樹種和先鋒植物。構樹雌雄異株，種子數量多，易繁殖，生長快，表型性狀和遺傳多樣性豐富，基因組緊湊，可作木本植物研究的模式材料。同時，構樹有著悠久的開發歷史，是一種多用途資源植物。然而，以往關於構樹的研究主要集中在構樹纖維特點、製漿造紙的工藝、飼用價值和飼餵方法、生態綠化、環境適應性等方面，缺乏對構樹基礎生物學深入系統的研究，從而嚴重影響構樹應用價值的開發。

近日，中國科學院植物研究所沈世華研究組與多家單位合作，利用二代Illumina和三代PacBio單分子測序技術，結合mate-pair大片段文庫、光學圖譜、遺傳圖譜以及Hi-C等輔助組裝策略，報告了一個高質量的、染色體級別的構樹基因組（2n = 2x = 26）。該基因組序列386.83Mb，覆蓋度接近100%，其中99.25%的序列掛載到了13條染色體上，注釋了30512個蛋白編碼基因。

研究人員對基因組數據的分析顯示，構樹與桑樹大約在3100萬年前分開，並在黃酮合成途徑上發生了顯著的基因家族擴張事件，大大增強了黃酮類的合成；尤其是查爾酮合成酶（CHS）家族基因數量遠多於桃樹、楊樹等，與豆科植物相當。黃酮是構樹的主要藥效成分，也是其募集共生微生物的重要信號分子。共生微生物多樣性分析顯示，構樹主要共生細菌與豆科植物相似，表現出固氮植物的特徵；共生真菌多為食用菌類。這些共生菌增強了構樹環境適應能力，並為構樹的快速生長提供了氮素等營養元素。這些結果表明，構樹葉片蛋白含量高的特性可能與黃酮合成的增強有著密切關係。

研究人員還發現，構樹木質素合成基因家族收縮，削弱了木質素的含量；同時，咖啡酸-3-O-甲基轉移酶（COMT）家族數量卻顯著增加，提高了木質素S單體含量和S/G比例，使得構樹木質結構比較疏鬆，適於造紙，也易於被動物所消化和微生物降解，成為優質的飼料原料。

該研究揭示了構樹用於造紙、飼料養殖、入葯和適應性強的遺傳基礎，為蛋白木本飼用資源植物的研究和開發提供了重要的理論依據，為構樹藥物分子合成、纖維木質結構和抗逆性狀形成的分子遺傳機制研究，以及構樹分子設計育種和高產、優質、多抗新品種培育提供強有力的支撐。

該研究結果於2月26日在線發表在國際學術期刊Molecular Plants。沈世華研究組副研究員彭獻軍和博士後劉輝為論文的共同第一作者，沈世華和北京百邁客生物科技有限公司于海燕為論文的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、中科院和北京市科學技術委員會等的資助，以及國務院扶貧辦的支持。

構樹基因組及黃酮和木質素代謝途徑基因家族進化特徵

來源：中國科學院植物研究所

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