- 题目：CGM 第 199 期: 白花草木樨基因组及系统生物学解析香豆素生物合成分子基础
- 时间：美国中部时间 2021 年 12 月 01 日（星期三）7AM（北京时间 12 月 01 日 9PM）
- 地点：Tecent and Bilibili live stream
- 主讲人: 吴凡，女，博士。2021 年毕业于兰州大学草地农业科技学院，草学专业，师从张吉宇教授。2021 年 7 月至今在兰州大学草地农业科技学院从事萃英博后，研究方向为草类植物基因组学及功能基因研究，过去五年以第一作者或共同一作在 Plant Biotechnology Journal、Molecular Ecology Resource 等杂志发表多篇高水平论文.
中文摘要
草木樨（Melilotus spp.）属于一年或两年生豆科草本植物，广泛分布于我国东北、西北、华北和西南等地。草木樨根系发达，生长快，盖度大，耐贫瘠，能适应干旱、寒冷和盐碱化等多种环境，被广泛用作饲草、轮作和土壤保持作物。草木樨含有香豆素，可用作药用植物。作为牧草，草木樨在贮藏的过程中香豆素会在霉菌的作用下转化为双香豆素影响其作为牧草的利用价值。因此，解析草木樨香豆素生物合成的分子机制对培育低香豆素草木樨及其推广应用具有重要意义。 该研究结合二代 + 三代 + Hi-C 的测序策略，完成了白花草木樨（2n=16）基因组测序和组装。最终获得的基因组大小为 1.05 Gb，Contig N50 为 7.49 Mb，其中 1.04 Gb 被挂载到 8 条假染色体上。共注释得到 41,910 个基因。白花草木樨基因组中 71.42% 为重复序列，其中长末端重复（LTR）占基因组的 54.99%，完整 LTR 在白花草木樨和蒺藜苜蓿分化之后大量插入（0.05～0.85 Mya），具有不同于其他三种豆科物种的插入模式，且相对年轻活性较强。不同地理区域的 94 份草木樨种质全基因组重测序分析证实了白花草木樨流向黄花草木樨的基因渗透。草木樨在第四纪冰期约 0.2 Mya 经历了瓶颈期，与 LTR 的大量插入时间吻合，表明 LTR 的大量插入可能有助于其环境适应性。 构建了草木樨香豆素生物合成通路并鉴定了通路上的 13 个基因家族的成员。通过近等基因系 (NILs) 代谢组分析鉴定出差异代谢物包括香豆酸、香豆酸糖苷和简单香豆素，推测 BGLU（β-glucosidase）在香豆素生物合成中具有重要作用。利用 NILs 的 BSA 及代谢组分析定位到包含 6 个 BGLU 的基因簇可能调控香豆素的生物合成，其中 MaBGLU1-Ma46 的两个碱基插入导致其在第 76 个氨基酸处翻译提前终止。通过大肠杆菌异源表达及底物饲喂证明 MaBGLU1 酶能够水解东莨菪苷为东莨菪内酯，且 BGLU1 在 NILs 中的非同义变异导致了酶活性的差异。白花草木樨中过表达 MaBGLU1 基因分析表明，过表达植株的 MaBGLU1 相对表达量明显增加、东莨菪苷和东莨菪内酯含量均增加。该研究证明 MaBGLU1 的功能为调控简单香豆素的生物合成，为香豆素生物合成和草木樨低香豆素遗传选育奠定了基础。
参考文献
Fan Wu, Zhen Duan, Pan Xu, Qi Yan, Minghui Meng, Mingshu Cao, Chris S. Jones,Xifang Zong, Pei Zhou, Yimeng Wang, Kai Luo, Shengsheng Wang, Zhuanzhuan Yan,Penglei Wang, Hongyan Di, Zifeng Ouyang, Yanrong Wang, Jiyu Zhang, Genome and systemsbiology of Melilotus albus provides insights into coumarins biosynthesis,Plant Biotechnology Journal, 2021, https://doi.org/10.1111/pbi.13742