中国热科院在花椒“Chinese Pepper”基因组进化和适应性演化研究方面取得重要进展

　　中国热科院香饮所热带香辛饮料种质资源研究室在中国花椒基因组进化和适应性演化研究方面取得重要进展。研究团队在实现竹叶花椒（Zanthoxylum armatum）和红花椒（Zanthoxylum bungeanum）基因组的高质量拼接和染色体锚定的基础上，揭示了花椒独特的花器官退化、利己素合成和适应性表型创新的遗传基础，表明花椒基因组进化和表型创新与晚新生代严酷的生态因子，特别是寒冷和/干旱的气候条件相一致。研究结果为花椒多样性演化和表型创新背后的适应性进化机制提供了重要的见解，对新地质时期极端环境变化下植物保护利用和适应性演化理论的完善具有广泛意义。

 

　　竹叶花椒（Zanthoxylum armatum）和红花椒（Zanthoxylum bungeanum）是芸香科（Rutaceae）花椒属（Zanthoxylum）香料作物，因其在中医药和中国饮食中的广泛应用被誉为“Chinese Pepper”。 花椒经济价值高、适应性强，种植面积超过2000万亩，是我国最大的木本香料作物，在服务国家乡村振兴战略中具有重要价值。此外，花椒异常复杂的基因组、退化的繁殖策略和独特的适应性表型也赋予了其在植物适应性演化研究中的独特价值。

 

　　基于高深度测序、Canu组装和“边聚类边去冗余”的策略，研究团队组装了目前连续性和完整度最优的竹叶花椒（Zanthoxylum armatum） 和 红花椒（Zanthoxylum bungeanum）基因组。基因组进化分析表明花椒基因组剧烈的基因组重排和两次全基因组复制造就了花椒基因组大（~4.5 G）、重复序列比率高（>82%），杂合度高（>6%）和染色体数目多（2n=4×=132）的特性。结合代谢组、基因组进化和转录组分析揭示了花椒独特的花器官退化、麻味素等利己素合成和环境适应性表型创新的遗传基础。这些表型与被子植物经典进化理论 （达尔文的“讨厌之谜”） 中传粉者协同进化的表型创新有显著的区别。进一步基于竹叶花椒和红花椒适应性差异、基因表达的亚基因组偏好性和黄酮类化合物的积累差异，揭示了花椒基因组进化和表型创新与晚新生代严酷的生态因子，特别是寒冷和/干旱的气候条件相一致，表明了花椒适应性演化与基因组进化、环境驱动的一致性。研究结果可为花椒分子育种和植物演化提供提供数据和理论参考。

 

　　研究结果以“The complex genome and adaptive evolution of polyploid Chinese pepper （Zanthoxylum armatum and Zanthoxylum bungeanum） 发表在《Plant Biotechnology Journal》。我院郝朝运研究员、华中农业大学金双侠教授、江苏金椒鸿香料科技研究院院长朱姝为论文的共同通讯作者，胡丽松、范睿副研究员，华中农业大学许忠平博士后为共同第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金、海南省院士创新平台科研专项、江苏金椒鸿香料科技研究院基因育种专项等项目的支持。

 

　　原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13926