整合多组学研究揭示了福建闽楠（Phoebe zhennan）金丝木质颜色的调控机制

《Plant Physiology and Biochemistry》：Integrative multi-omics reveal the regulatory mechanism of golden-thread wood color in Phoebe zhennan

本研究为金丝楠木（Phoebe zhennan）构建了染色体尺度基因组，揭示了黄酮类化合物（如cycloheterophyllin、astraganoside、licoricone）是其木色形成的关键色素，并鉴定了转录因子PzMYB2、PzNAC6、PzWRKY12调控的酶基因（PzGT2、PzGT3、PzF2H3），明确了木色形成的分子机制，为资源保护和利用提供依据。

　　

杨汉波|罗希丹|廖振阳|顾云杰|钱江宏|王毅|郭宏英|施亮|彭健|刘敏豪|万学勤|陈良华|何芳|黄雄

四川省林业生态工程重点实验室，国家林业和草原管理局长江上游森林资源保护与生态安全重点实验室，四川农业大学林学院，中国成都

摘要

木材颜色是衡量木材质量和经济价值的重要指标。Phoebe zhennan以其金丝状的木材颜色而闻名。然而，由于缺乏基因组信息，我们无法全面了解该物种木材颜色形成的遗传基础。在这项研究中，我们获得了P. zhennan的染色体级基因组序列，研究了与金丝状木材颜色形成相关的分子过程，并考察了其种群在进化过程中的动态变化。该基因组大小为1001.05 Mb（contig N50 = 4.32 Mb，2n = 24），包含27,284个蛋白质编码基因。代谢组学研究发现了七种黄酮类化合物，包括环异叶素、 Astraganoside 和 Licoricone，这些化合物对金丝状木材颜色的形成具有贡献。此外，我们重建了黄酮类化合物的生物合成途径，该途径在金丝状木材颜色的形成中起着重要作用。在这一过程中，转录因子 PzMYB2、PzNAC6 和 PzWRKY12 被确定为关键调节因子，它们激活了包括 PzGT2、PzGT3 和 PzF2H3 在内的关键酶编码基因的表达。此外，PzNAC6 可通过与 PzHSF3、PzC3H8 和 PzMYB2 的直接相互作用来调节木材发育过程中的黄酮类化合物积累。总之，全面的基因组组装、代谢组学、转录组学和群体基因组学数据将显著丰富 Phoebe 的基因组资源，有助于保护生物学研究，并为深入理解木材颜色形成的机制提供重要见解。

部分内容摘录

背景

Phoebe zhennan（S.K. Lee & F.N. Wei 命名，俗称“金丝楠木”）因其独特的金丝状木材颜色、垂直纹理、宜人的香气、抗腐性和抗虫害性、卓越的耐久性以及美观的外观而备受珍视，常用于制作高品质家具和手工艺品[1]、[2]。这种木材的使用历史可以追溯到公元前221年，在明清时期甚至被称为“皇家木材”。

植物材料

我们选择了一棵位于中国四川省成都杜甫草堂（坐标：104.028507° E, 30.660161° N，海拔500米）的120年生健康Phoebe zhennan树，采集其新鲜幼叶用于基因组测序和组装。同时，还从同一棵树上采集了叶片、茎、花、根和木质部等不同组织样本，以进行RNA-seq分析并用于基因组注释。此外，还采集了树干的不同部分的样本。

Phoebe zhennan基因组测序、组装和注释

Phoebe zhennan的基因组大小约为867.21 Mb，杂合度约为2.98%（K-mer = 21）（图S1）。通过de novo组装长HiFi读取序列，获得了1146个contig，总长度为1.39 Gb（contig N50 = 4.2 Mb）。随后，将152.59 Gb的Hi-C配对末端读取序列与contig组装对齐，得到contig N50长度为4.32 Mb。大约97.7%的contig锚定在12条假染色体（1001.05 Mb）上（图1A，图S2，表S5）。

讨论

为了保护和利用重要的本土木材树种，我们开发了Phoebe zhennan的高质量染色体级基因组组装。在高度杂合的植物中，染色体级基因组的组装有助于减少序列冗余，从而提高基因组的准确性和完整性[41]。与碎片化的基因组组装相比，序列冗余的减少主要通过消除重复序列来实现[70]。

结论

总之，我们的研究为P. zhennan提供了一个高质量的参考基因组。此外，本研究揭示了新的发现：黄酮类化合物（包括环异叶素、Astraganoside和Licoricone）是形成金丝状木材颜色的关键色素，并阐明了通过PzMYB2、PzNAC6、PzWRY12、PzHSF3和PzC3H8调控黄酮类化合物合成的转录调控网络。此外，我们的数据为相关研究提供了重要资源。

CRediT作者贡献声明

顾云杰：撰写 – 审稿与编辑，资源获取。黄雄：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，正式分析，数据管理。廖振阳：初稿撰写，方法学设计，数据管理。何芳：数据管理。罗希丹：初稿撰写，方法学设计，数据管理。陈良华：数据管理。杨汉波：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，资源获取，方法学设计，数据管理，概念构思。万学勤：

利益声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

数据获取

Phoebe zhennan的基因组组装和注释文件可在Figshare上获取（https://doi.org/10.6084/m9.figshare.28218275）。Phoebe zhennan不同组织的RNA-seq数据可在基因组序列档案（GSA）中通过访问号CRA022193获取。

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFD2200103）、四川省重点研发项目（2021YFYZ0032）、四川省林业和草原科技创新团队项目（2024LCTD0213, 2025LCTD0201）以及长江上游森林生态系统改善项目（5102012202038467）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。