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近日，扬州大学李良俊教授课题组在国际著名期刊Plant Biotechnology Journal上发表了题为“Telomere-to-telomere genome assembly reveals insights into the adaptive evolution of herbivore-defense mediated by volatile terpenoids in Oenanthe javanica”的研究论文，该研究完成了水芹基因组端粒到端粒（Telomere-to-telomere，T2T）序列组装，解析了挥发性萜类物质介导的水芹抵御植食性昆虫的适应性进化机制。
水芹[Oenanthe javanica (Blume) DC.]，伞形科、水芹属、多年生水生草本植物，是我国一种重要的特色水生蔬菜。水芹富含维生素、膳食纤维、蛋白质等营养物质，也具有多种药用功效，是一种药食同源植物。水芹植株能够积累丰富的挥发性物质，具有浓郁的味道。挥发性物质的合成及释放是植物抵御植食性动物的一种重要防御机制。《中国植物志》记载水芹属有多个种，其中，水芹的完整基因组尚未报道，关于水芹挥发性物质积累的遗传特性也不清楚。
图1 水芹T2T基因组组装
以本课题组选育的耐热水芹品种‘伏芹1号’为材料，利用PacBio HiFi、Oxford Nanopore Technology（ONT）等测序技术完成了水芹21条染色体从端粒到端粒的高质量组装，基因组大小为1012.13 Mb。比较基因组分析显示，与其他物种相比水芹的基因家族存在大量的扩张现象，显著富集在萜类合成相关途径，表明其在水芹挥发性萜类物质的合成具有进化优势。全基因组复制（WGD）分析表明，除已报道的伞形科共有α和ω复制事件，在进化过程中水芹经历了一次独有的WGD事件，这对水芹挥发性萜类物质介导的植食性昆虫防御及水适应性进化具有潜在的功能。趋避性实验表明水芹的挥发性物质对植食性昆虫具有一定的驱避效应，GC-MS分析显示水芹挥发性物质主要为单萜和倍半萜化合物，外界伤害刺激也会激活水芹挥发性萜类物质的合成及释放。进一步结合转录组数据分析，筛选到多个挥发性萜类物质合成相关的TPS家族成员，利用原核表达、体外酶活验证了多个TPS成员在水芹不同挥发性萜类物质合成中的催化功能。该研究揭示了全基因组复制在水芹抵御植食性昆虫的适应性进化和复杂性状形成中的重要作用。研究结果将促进伞形科植物的进化生物学研究和水芹重要风味品质性状的进一步解析。
图2 水芹抵御植食性昆虫适应性进化机制
扬州大学冯凯副教授、硕士研究生刘嘉露为该论文的共同第一作者，李良俊教授为通讯作者，吴鹏副教授、赵书平副教授、邹金萍博士和硕士研究生孙楠、周子琦、杨志远、吕卉、姚成参与了该研究工作。本研究得到了国家自然科学基金（32102368）、国家特色蔬菜产业体系（CARS-24）、江苏省种业振兴“揭榜挂帅”（JBGS[2021]017）等项目的资助。
扬州大学园艺园林学院水生蔬菜团队长期从事水生蔬菜生长发育及重要性状分子生物学研究，主要致力于解析水生蔬菜产品器官发育、品质形成、重要功能物质代谢的分子机理，以及水生蔬菜种质资源评价和创新应用等研究。近年来，该团队在水芹新品种选育、水芹周年优质高效栽培技术、水芹组培快繁、基因编辑、水芹风味品质调控等方面也取得了多项研究成果。
原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.70062
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