The chromosome-scale reference genome of black pepper provides insight into piperine biosynthesis

First author: Lisong Hu; Affiliations: Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences (中国热带农业科学院): Hainan, China

Corresponding author: Chaoyun Hao; Shuangxia Jin 

Black pepper (Piper nigrum), dubbed the ‘King of Spices’ and ‘Black Gold’, is one of the most widely used spices. Here, we present its reference genome assembly by integrating PacBio, 10x Chromium, BioNano DLS optical mapping, and Hi-C mapping technologies. The 761.2 Mb sequences (45 scaffolds with an N50 of 29.8 Mb) are assembled into 26 pseudochromosomes. A phylogenomic analysis of representative plant genomes places magnoliids as sister to the monocots-eudicots clade and indicates that black pepper has diverged from the shared Laurales-Magnoliales lineage approximately 180 million years ago. Comparative genomic analyses reveal specific gene expansions in the glycosyltransferase, cytochrome P450, shikimate hydroxycinnamoyl transferase, lysine decarboxylase, and acyltransferase gene families. Comparative transcriptomic analyses disclose berry-specific upregulated expression in representative genes in each of these gene families. These data provide an evolutionary perspective and shed light on the metabolic processes relevant to the molecular basis of species-specific piperine biosynthesis.

黑胡椒，拉丁名Piper nigrum，被称为“香料之王”和“黑金”，是最广泛使用的香料之一。本文中，作者通过整合三代PacBio、10x Chromium、BioNano DLS光学图谱以及Hi-C图谱技术绘制了黑胡椒的参考基因组草图。组装的基因大小约为761.2 Mb，共45个scaffolds，N50为29.8 Mb，共挂载到26条假染色体上。演化基因组分析显示木兰类植物为单、双子叶的姊妹支，并且黑胡椒在180个百万年之前从樟目-木兰目共有祖先中分化出来。比较基因组分析揭示了黑胡椒基因组中有关糖基转移酶、细胞色素P450、莽草酸羟基肉桂转移酶、赖氨酸脱羧酶和酰基转移酶基因家族的扩张。比较转录组分析揭示了每个扩张的基因家族中代表性基因在浆果中特异性的上调表达。本文的研究为物种特异性胡椒碱生物合成分子基础相关的代谢过程提供了演化方面的观点，并提供了新的视野。

通讯：郝朝运（http://www.catas.cn/rczjk/contents/1841/218.html）

个人简介：1998-2002年，山东师范大学，学士；2002-2005年，浙江师范大学，硕士；2006-2009年，安徽师范大学，博士。

研究方向：胡椒等热带香料饮料作物种质资源研究。

通讯：金双侠（http://www.catas.cn/rczjk/contents/1841/218.html）

个人简介：1997-2001年，华中农业大学，学士；2001-2006年，华中农业大学，硕、博士；2007-2012年，美国宾夕法尼亚大学，博士后。

研究方向：棉花生物技术研发（基因编辑等）；棉花与害虫互作分子机制及抗虫相关基因的克隆和高效表达载体（叶绿体转化表达体系）的开发研究等。

doi: https://doi.org/10.1038/s41467-019-12607-6

Journal: Nature Communications

Published date: October 16, 2019