我院李永华教授团队在《Horticulture Research》上发表黑壳楠高质量基因组，助力天然抑菌药物创制与乡土植物资源利用

       近日，我院李永华教授团队在国际知名期刊《Horticulture Research》上发表题为《High-quality Lindera megaphylla genome analysis provides insights into genome evolution and allows for the exploration of genes involved in terpenoid biosynthesis》的研究论文。该研究成功组装了黑壳楠（Lindera megaphylla）染色体水平的高质量基因组，揭示了进化特征，鉴定出调控萜类化合物合成的关键基因，为黑壳楠资源保护、天然药物开发及乡土景观植物应用提供了科学依据。        黑壳楠（樟科山胡椒属）为常绿阔叶大乔木，叶片富含萜类物质，在消炎、抗菌及园林康养领域具有广阔应用前景，其种质资源亟待开发与推广应用。然而，黑壳楠基因组的研究相对有限、遗传信息匮乏，这在很大程度上限制了对该植物复杂生物学特性的深入理解以及药用、园林康养价值的挖掘利用。通过整合PacBio HiFi、Hi-C和Illumina测序技术，成功获得了1,309.2 Mb的黑壳楠基因组，96.77%的序列被精准锚定到12对染色体上。该基因组重复序列占比较高（75.91%为重复元件），其中长末端重复序列（LTRs）是主要重复序列类型（占比63.52%）。鉴定出29,482个蛋白编码基因，其中28,657个完成功能注释。此外，研究还预测到了大量非编码RNA，这些结果为我们理解黑壳楠的基因组结构提供了重要线索（图1）。        通过与15个代表性物种的基因家族进行比较分析，黑壳楠中存在13,675个基因家族。黑壳楠基因家族扩张与收缩情况与其他物种存在显著差异，能量代谢和细胞生长密切相关的基因家族出现明显扩张，碳水化合物代谢和信号转导相关基因家族则呈现出收缩趋势。进化分析表明，黑壳楠在演化过程中经历了两次全基因组复制事件（WGD），分别发生于约1.46亿年和8600万年前（图2）。这为其基因组的多样性和复杂性提供了合理解释。
       课题组进一步聚焦萜类物质合成通路，鉴定出52个萜类合酶（TPS）基因，分为六个亚家族，其中TPS-b、TPS-f和TPS-g亚家族显著扩张。通过转录组与代谢组联合分析，揭示了43个差异表达基因与117种萜类化合物的合成密切相关，其中LmTPS1基因与石竹烯氧化物含量高度相关（图3），为我们理解萜类化合物的生物合成途径提供了新视角。
       值得关注的是，课题组发现黑壳楠叶片挥发物对多种真菌和细菌具有显著的抑制作用，过表达LmTPS1的转基因番茄中β-石竹烯和蛇麻烯含量显著升高，灰霉菌和金黄色葡萄球菌抗性明显增强（图4）。这一发现不仅为利用萜类化合物开发天然抗菌剂和抗病分子育种提供了关键靶标，还为其在农业和园林康养领域的潜在应用提供了有力支撑。        学院青年教师刘红利、博士生刘静和华北理工大学高级实验师白芸为共同第一作者，学院李永华教授、逯久幸副教授和华北理工大学宋小明教授为论文共同通讯作者，李瑞民副教授对该项研究工作给予了指导和帮助。本研究得到了国家自然科学基金（32201615）和河南省科技攻关项目（232102111106）的资助。