西北农林科技大学魏安智教授团队破译花椒基因组，揭示花椒基因组的进化和麻味物质合成通路
花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim.)是芸香科花椒属植物，是著名的“八大调味品”之一，为我国特色药食同源植物，具有重要的经济价值。我国是花椒的原产国和主产国，种质资源极为丰富，产量和种植面积均居世界首位。“麻、香”味是花椒主要的风味特征，是其重要的品质评价指标，也是花椒多种功能活性的主要功能因子，在调味品、医疗保健品和化妆品等领域具有广阔的应用前景。然而，由于花椒基因组庞大、染色体数目多，杂合度和重复序列高，极大地限制了其基因组学和分子生物学研究，从而导致我国花椒育种工作处于传统育种阶段，遗传选育工作一直停滞不前。
近日，Horticulture Research在线发表了西北农林科技大学魏安智教授团队题为Zanthoxylum-specific whole genome duplication and recent activity of transposable elements in the highly repetitive paleotetraploid Z.bungeanum genome的研究论文。该研究以凤椒作为测序材料，采用二代+三代的测序策略，同时结合Hi-C染色体构象捕获技术组装了花椒染色体级别的参考基因组。组装的参考基因组大小为4.23 Gb，是其同科植物甜橙的10倍之多。进化分析显示，花椒和甜橙之间的物种分化大约发生在3,500万年前，之后，花椒在约2,600万年前经历了一次独立的全基因组复制事件(η-WGD)，并在640万年前发生了转座子爆发事件，此后经历一系列染色体断裂及融合，最终形成了如今的染色体(2n=136)（图1）。研究人员利用上述基因组信息，结合转录组和代谢组鉴定出参与花椒麻味物质、单萜类物质和花青素生物合成的结构基因并分析这些基因在果实不同发育时期的表达模式，并绘制了花椒麻味物质合成的代谢通路图（图2）。该参考基因组为研究近期转座子扩增和全基因组复制事件对基因得失和基因组重建的影响提供了有价值的模型，并为加速花椒遗传改良提供了理论基础。
Fig. 1 Characteristics of 68 chromosomes of Z.bungeanum and the evolutionary scenario of chromosome numbers in Z.bungeanum from 21 (post-γ-WGT) chromosomes and 7 (pre-γ-WGT)protochromosomes.
Fig. 2 The metabolic pathways and protein families andrelated gene expressions for sanshool biosynthesis.
西北农林科技大学博士后冯世静、已毕业博士刘振山、中国科学院天津工业生物技术研究所程健副研究员以及西北大学李子鹤博士为该论文共同第一作者，西北农林科技大学魏安智教授、中国科学院天津工业生物技术研究所江会锋研究员和福建农林大学张积森教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目(2018YFD1000605)的资助。
作
者
简
介
西北农林科技大学魏安智教授团队多年从事花椒研究，对花椒属植物种间亲缘关系和花椒品种起源、种质资源评价，花椒有效成分的分离提取，花椒麻、香、色和抗逆性等品质指标的分子机理，花椒优异种质创制以及产业化丰产栽培技术等开展了全面研究，取得了一系列重要突破性进展和研究成果。发表科研论文40余篇，出版著作3部，审定花椒良种3个。
魏安智教授为国家林业局花椒工程技术研究中心主任，国务院特殊津贴专家，陕西省有突出贡献专家，西北农林科技大学凤县花椒试验示范站首席专家。