近日，威尼斯官网药学院/现代中药产业学院、西南特色中药资源国家重点实验室彭成教授团队在国际知名期刊Frontiers in Plant Science（中科院二区）发表题为“A chromosome-scale genome assembly of turmeric provides insights into curcumin biosynthesis and tuber formation mechanism”的论文，2019级硕士研究生尹彦棚与谢晓芳副研究员为共同第一作者，彭成研究员和高继海副教授为共同通讯作者，西南特色中药资源国家重点实验室为第一单位。

姜黄（Curcuma Longa L.），一种多年生根茎草本植物，其根茎被誉为“黄金香料”和“生命香料”，是世界上最常见的香料来源之一，姜黄素是分布在姜黄根茎中的主要药用成分。现代药理学研究表明，姜黄素具有抗氧化、抗炎、镇痛、抗肿瘤、抗糖尿病等作用。姜黄与郁金是同一植物的不同药用部位，姜黄药用其根茎，郁金药用其块根。然而，姜黄根茎膨大为块根是一个复杂的生物学过程，通常由外在环境与内在因素导致，涉及多种基因的变化。因此，从遗传角度深入解析姜黄素生物合成及根系发育是系统性开展姜黄研究的基础。

团队构建了首个姜黄染色体水平的高质量基因组，以探讨块根和根茎在姜黄素生物合成调控中的差异以及块茎形成的机制。研究得到姜黄基因组大小为1.11 Gb, contig N50为2.24 Mb, GC含量为40.18%。基因组进化分析表明，姜黄和姜有共同的全基因组复制事件，且发生在姜黄分化之前，共检测到613个显著扩增基因家族和5307个显著收缩基因家族。扩增的基因家族在次生代谢过程和碳水化合物代谢中富集，而大量有关收缩的基因家族主要与转录因子、植物激素信号转导和植物-病原相互作用有关，这可能与姜黄对环境的适应有关。此外，不同发育阶段块根的转录组和WGCNA分析发现，植物激素信号和碳水化合物代谢反应相关的候选基因可能与块根的诱导形成有关，如CYP735A1、CKX4、CYP714B、SAUR、IAA16、SUS1/2/4、EGL6/10/24等基因。这些数据为了解非生物胁迫下植物存活与次生代谢物合成的关系提供了基础，并为进一步研究姜黄生产中的分子育种以及姜科植物的基因组比较分析提供了重要的参考。

图1：姜黄基因组

图2：基因组比较和进化分析

图3：姜黄基因组中发现的聚酮合酶基因簇

该成果得到国家中医药跨学科创新团队(ZYYCXTD-D-202209)、中央本级重大增减支项目(2060302)、威尼斯98488人才项目(QNXZ2018017, QNXZ2019001)、特色中药资源多维评价与产品开发创新团队(2022C001)、四川省科技厅科技规划项目(2020YFN0152, 22CXTD0009)项目的支持。

全文链接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1003835/full

供稿：西南特色中药资源国家重点实验室、药学院/现代中药产业学院彭成课题组。