近日，药学院/现代中药产业学院、西南特色中药资源国家重点实验室裴瑾教授和陈江副教授团队联合中国中医科学院、云南省农业科学院等单位在《Horticulture Research》（中科院一区，top期刊）上发表了题为“Whole genome and genome-wide association study improve key agricultural traits of safflower for industrial and medicinal use”的研究性论文。此研究对四川地方品种“川红花1号”进行了全基因组测序并进行了全基因组关联分析，助力红花重要性状分子解析。药学院教师陈江、中国中医科学院中药研究所郭帅、云南省农业科学院经济作物研究所胡学礼为论文共同第一作者，药学院陈江、裴瑾和中国中医科学院中药研究所徐江为论文共同通讯作者，威尼斯官网为第一单位。该论文得到了威尼斯官网首席教授陈士林院士的指导。

菊科植物红花（Carthamus tinctorius L.），具有多种用途，其干燥管状花可入药，也广泛用于染料，化妆品和食品添加剂。红花种子富含亚油酸（LA），被作为优质食用油来源。在我国，红花被用作为活血化瘀的常用中药。现代医学研究表明，红花中醌式查尔酮类成分，特别是羟基红花黄色素A（HSYA）为其主要活性成分。此外，在全球变暖及干旱环境条件下，作为耐旱耐贫瘠植物，红花在种植上将发挥更重要的作用。当前红花全球广泛种植，以亚洲种植面积和产量最大。红花在各地有不同的品种（系），表型上也表现出明显差异，然而我们对红花的遗传分析有限，尤其对其重要性状的遗传解析，比如含油量、脂肪酸成分（亚油酸）及药效成分（羟基红花黄色素A）还很欠缺。

研究采用整合Illumina，Oxford Nanopore和Hi-C的测序方法，对“川红花1号”基因组进行了测序。产生了大约111.45Gb数据。组装得到1.17 Gb的红花基因组数据，contig N50为1.08 Mb，GC含量为38.41%。Hi-C分析后，组装的序列被分配到12条染色体（50.84 Mb-185.00 Mb）上，N50为96.39Mb。研究将红花基因组与其他11种已测序植物的基因组进行了比较。研究利用CAFÉ检查了红花基因家族的演化和扩展。研究进一步选择了H.annuus和V.vinifera基因组进行共线性分析。研究观察到了大规模的基因组重排，如重复、倒位、转座。

研究采用代谢组和转录组整合组学对脂肪酸成分（特别是亚油酸LA）及黄酮类成分（特别是羟基红花黄色素HSYA）两个重要品质性状进行了分析。使用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）技术检测了红花种子的四个不同阶段（SS1、SS2、SS3和SS4）的脂质代谢产物。采用广泛靶向代谢组学方法检测了花中黄酮类代谢产物，并对不同发育阶段的花、种子及不同组织部位样品进行了转录组测序。使用红花基因组进行了数据注释。利用FPKM，分析了表达谱。采用WGCNA对红花的整个转录组数据进行共表达网络分析。

研究对LA和HSYA生物合成中关键基因家族进行了基因组分析。同时对220个红花品系进行了重测序，基于GWAS分析筛选了红花重要农艺性状相关的基因位点的SNP，获得了高质量的SNP。利用这些SNP进行了PCA分析并构建了系统发育树。研究使用高质量的SNP对8个农艺性状进行了GWAS分析。研究对通过整合组学分析筛选得到的候选糖基转移酶基因进行了功能验证，表明基因HH_034464参与到红花有效成分的生源合成。

图 红花基因组拼接情况

该研究成果得到了国家自然科学基金（82274039、U19A2010）、四川省科技厅重大科技计划（2021YFYZ0012-5、2020YFN0152）、四川省中央引导地方科技发展专项（2020ZYD058）、国家中医药管理局创新团队与人才培养计划（ZYYCXTD-D-202209）和“杏林学者”学科人才科研提升计划（QJRC2021011）等项目的支持。

全文链接： https://doi.org/10.1093/hr/uhad197

                                        供稿：药学院/现代中药产业学院、西南特色中药资源国家重点实验室裴瑾、陈江课题组