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Plant Biotechnol J:白花草木樨基因组揭示香豆素生物合成关键基因

已有 1078 次阅读 2021-11-1 10:09 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Genome and systems biology of Melilotus albus provides insights into coumarins biosynthesis

第一作者Fan Wu

第一单位第一单位兰州大学

第一通讯Jiyu Zhang


 Abstract 


背景回顾Melilotus species are used as green manure and rotation crops worldwide and contain abundant pharmacologically active coumarins


提出问题However, there is a paucity of information on its genome and coumarin production and function. 


主要研究Here, we reported a chromosome-scale assembly of the M. albus genome with 1.04 Gb in eight chromosomes, containing 71.42% repetitive elements. 


结果1-TEsLong terminal repeat retrotransposon bursts coincided with declining of population sizes during the Quaternary glaciation. 


结果2-群体重测序Resequencing of 94 accessions enabled insights into genetic diversity, population structure, and introgression.


结果2.1-遗传多样性M. officinalis had relatively larger genetic diversity than that of M. albus


结果2.2-遗传渐滲和基因流The introgression existed between M. officinalis group and M. albus group, and gene flows was from M. albus to M. officinalis


结果2.3-选择清除分析Selection sweep analysis identified candidate genes associated with flower colour and coumarin biosynthesis. 


结果3-香豆素生物合成关键基因Combining genomics, BSA, transcriptomics, metabolomics, and biochemistry, we identified a β-glucosidase (BGLU) gene cluster contributing to coumarin biosynthesis.


结果4-基因功能验证MaBGLU1 function was verified by overexpression in M. albus, heterologous expression in Escherichia coli and substrate feeding, revealing its role in scopoletin (coumarin derivative) production and showing that nonsynonymous variation drives BGLU enzyme activity divergence in Melilotus


结论:Our work will accelerate the understanding of biologically active coumarins and their biosynthetic pathways, and contribute to genomics-enabled Melilotus breeding.


 摘 要 


草木犀属(Melilotus)植物在全球范围内被用作绿肥和轮作作物,含有丰富的具药理活性的香豆素。然而,关于其基因组和香豆素产生和功能的信息却很少。本文中,作者报道了白花草木樨(M. albus染色体级别的基因组组装,共8条染色体,大小约1.04GB,包含71.42%的重复元件。长末端重复逆转座子的爆发与白花草木樨在第四纪冰川期间种群规模下降一致。作者通过对94份材料的重测序分析,深入解析草木樨的遗传多样性、种群结构和遗传渐渗。草木犀(M. officinalis)的遗传多样性相比于白花草木樨要更大草木樨白花草木樨种群之间存在遗传渐渗,基因流是从白花草木樨草木樨选择清除信号检测鉴定了与花色和香豆素生物合成相关的候选基因。结合基因组学、BSA、转录组学、代谢组学和生物化学,作者鉴定到了一个β-葡萄糖苷酶BGLU基因簇,该基因簇作用于香豆素的生物合成。作者通过在白花草木樨中的过表达MaBGLU1基因、在大肠杆菌中的异源表达MaBGLU1基因和底物喂养试验进一步验证了MaBGLU1基因的功能,揭示了其在香豆素衍生物莨菪亭生产中的作用,并表明非同义变异驱动草木犀属植物中BGLU酶活性的差异。本文的研究结果将加速我们对于具有生物活性的香豆素及其生物合成途径的理解,并有助于草木犀属植物基因组学育种。


 通讯作者 

** 张吉宇 **


个人简介:

2000年,甘肃农业大学,学士;

2003年,甘肃农业大学,硕士;

2008年,兰州大学,博士。


研究方向

1、紫花苜蓿、草木樨、无芒隐子草、牛枝子、罗布麻等牧草、乡土草遗传选育;

2、整合基因组、转录组(mRNA、micRNA、lncRNA)、代谢组等解释牧草关键性状形成的分子机制;

3、通过转基因、基因编辑、全基因组选择等技术创制新材料。


doi: https://doi.org/10.1111/pbi.13742


Journal: Plant Biotechnology Journal

First PublishedOctober 30, 2021



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