首个云南沉香高质量基因组解析——助力云南生物多样性保护与植物资源可持续利用

发布时间:2024-10-28    点击:


沉香,又名“沉水香”或“蜜香”,是一种树脂质地的珍贵香料,主要来自瑞香科(Thymelaeaceae)沉香属(Aquilaria)植物的木材内树脂与木质形成的具浓郁香气的组织物。沉香被誉为“众香之首”、“大自然最神奇的香料”,其香品高雅,是中国传统文化中最负盛名的四大名香“沉檀龙麝”之一。沉香在我国医学古籍《本草纲目》、《名医别录》、《南方草木状》等中均有记载,有行气止痛、温中止呕、纳气平喘的功效,具有很高的药用价值。沉香在香料业中占有重要地位,其香气富有层次与变化,可提取香料或加热、燃烧用于熏香。

由于沉香的形成需要树木在受到真菌感染或物理创伤后分泌特殊的树脂,这一过程极其漫长且难以预测,使得天然沉香成为市场上的稀缺资源。同时,沉香的高经济价值也进一步加剧了人类对野生资源的过度采集。近年来,天然的野生沉香资源已十分稀少,沉香属的全部物种都已被列入濒危野生动植物种国际贸易公约(CITES)附录II。

云南沉香(Aquilaria yunnanensis)是云南省特有的沉香树种,所产沉香具有独特的香气和广泛的药用价值,在传统中药中被用于抗炎、镇痛、抗菌等用途。云南沉香是云南省的极小种群物种,分布范围狭窄,已知野生种群仅分布于云南省西双版纳州、德宏州、普洱市、临沧市。由于人类活动加剧、早期盲目采伐及栖息地破坏,云南沉香的野生种群数量急剧下降,现已被列入世界自然保护联盟(IUCN)红色名录,成为濒危物种,同时也是我国国家重点二级保护野生植物。

为更好地开展该物种的资源保护与创新性可持续开发利用,云南师范大学生命科学学院植物多样性研究团队与云南中医药大学中药学院合作开展了云南沉香的基因组研究工作。研究成果以“Chromosome-level genome assembly ofAquilaria yunnanensis”为题,发表在Nature出版集团期刊《Scientific Data》,该期刊五年影响因子8.9,JCR分区Q1,中科院分区2区。

研究团队通过结合BGI短读长序列、PacBio HiFi长读长序列和Hi-C技术,成功组装了首个云南沉香的染色体级别参考基因组。最终组装的基因组大小为847.04 Mb,ScaffoldN50值为99.68Mb,其中805.49Mb的碱基精准地锚定在8条染色体上,并检测到2个无缝隙的染色体。在基因注释方面,该研究注释出27,955个蛋白编码基因,以及74.65%的重复序列。通过BUSCO评估、Merqury质量检查等手段,均证实该染色体级别的基因组具备高度的完整性和高品质的组装质量。

云南沉香基因组的染色体水平组装图

云南沉香基因组信息的首次解析将为其种群保护、功能基因组学研究、分子育种以及系统发育和进化模式提供宝贵的遗传信息资源,也为云南沉香的药用研究带来新的机遇。沉香具有抗炎、镇痛等药理作用,通过基因组信息的深入挖掘,将能更好地理解其活性成分的生物合成途径,推动药物开发与沉香资源的可持续利用。

云南师范大学生命科学学院植物多样性研究团队聚焦于云南省及周边地区丰富的植物多样性,在全球视野下开展基因组学—细胞地理学—物种生物学—谱系地理学—种子生态学—繁殖生物学的全方位、多层次、多维度的研究。张永洪教授为论文通讯作者,2021级硕士研究生李美妃、王艺和云南中医药大学中药学院张颖敏博士为论文的共同第一作者, 2022级硕士研究生尹月和周美君参与该项研究。该研究得到国家自然科学基金和云南省生物学一流学科建设经费的支持。

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