南京农业大学草业学院张敬和徐彬团队解析希腊牛至高质量基因组
希腊牛至是唇形科高价值芳香草本，其精油（EO）富含百里香酚、香芹酚等萜类生物活性物质，在烹饪、医药、观赏领域应用广泛，且作为抗生素替代品在畜牧业中具有重要价值，其中希腊牛至因精油含量远高于其他亚种成为研究重点。现有牛至基因组为二代测序的碎片化组装，无染色体水平锚定，限制了基因家族进化、萜类合成调控通路的研究；且牛至萜类合成的关键酶基因和转录调控机制尚未明确。近日，南京农业大学草业学院张敬副教授和徐彬教授团队在园艺学顶级期刊《Horticulture Research》上发表了题为：Chromosome-level genome assembly of Origanum vulgare subsp. hirtum reveals evolutionary insights and regulatory modules in terpenoid biosynthesis的研究论文。本研究以希腊牛至（Origanum vulgare subsp. hirtum） 为研究对象，通过多平台测序技术构建了其染色体水平的高质量基因组，结合比较基因组、转录组和功能验证实验，解析了其进化轨迹，并揭示了萜类生物合成的核心调控机制。基因组组装大小达709.74 Mb且锚定至 15 条染色体，scaffold N50 为46.36 Mb，经鉴定该基因组组装准确性、连续性和完整性均较高；通过比较基因组分析发现希腊牛至存在约59.93 Mya的全基因组复制（WGD） 事件，该事件推动了唇形科萜类合成通路的多样化；研究利用大肠杆菌抑菌特性快速筛选出高精油（EO）突变体 HEO，其中 HEO1 的精油含量较野生型（WT）提升 88.24%；结合转录组和功能验证实验，揭示α- 亚麻酸代谢 / 茉莉酸（JA）生物合成通路 正向调控牛至精油合成，且鉴定出JA 诱导的 bHLH 转录因子 OvbHLH13为萜类合成的核心调控因子，其可直接结合并激活OvSDR1启动子，进而促进百里香酚和香芹酚的合成，该研究为希腊牛至的分子育种提供了关键的基因组资源和调控靶点。研究关键结论：本研究鉴定出希腊牛至存在两次 WGD 事件，分别为～58.92 Mya 和～185.31 Mya，其中~58.92 Mya 的 WGD 为希腊牛至与柚木共有的唇形科特有事件，该事件晚于葡萄的 γ 全基因组三倍化事件（~115.91 Mya），是推动唇形科萜类合成进化的核心事件；一方面，WGD 事件导致希腊牛至中萜类合成相关基因家族（CYP450、TPS、SDR、bHLH）发生扩张，为萜类合成通路的多样化提供了遗传基础；另一方面，该 WGD 事件发生在希腊牛至与百里香的分歧之前，是唇形科物种精油含量和成分多样化的重要进化驱动力，同时核型进化导致的萜类合成基因成簇分布，进一步利于基因的协同调控，提升萜类合成效率。1.提供了高质量的染色体水平基因组参考，为牛至萜类合成相关基因的克隆、筛选和分子标记开发奠定了基础；2.鉴定出OvbHLH13、OvSDR1、OvCYP71D178等萜类合成的关键基因，可作为分子育种的核心靶标，通过基因编辑、过表达等手段定向改良牛至精油含量；3.明确了JA 为萜类合成的调控信号，可通过外源 JA 处理或调控 JA 合成通路基因，实现牛至精油的人工调控；4.建立了高 EO 突变体快速筛选方法，并筛选出 HEO1 优良突变体，为牛至的种质资源改良提供了直接的材料基础；5.揭示的调控模块为唇形科其他芳香植物（百里香、迷迭香）的萜类合成遗传改良提供了可借鉴的技术思路。
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