濒危植物中华木兰（Magnolia sinostellata）的染色体水平基因组组装：揭示其基因组进化、耐寒性及萜类化合物生物合成机制

《Journal of Systematics and Evolution》：Chromosome-level genome assembly of the endangered Magnolia sinostellata: Insights into genome evolution, cold stress resistance, and terpenoid biosynthesis

紫叶玉兰高分辨率染色体水平基因组揭示其重复子基因组特征，比较基因组学显示不同物种间抗逆基因差异与适应性相关，且大倒位富集于萜类代谢、胁迫响应和黄酮合成通路。转录组测序分析不同组织及温度条件下ICE-CBF-COR冷耐受基因模型表达特征。

　　

摘要

Magnolia属属于木兰科（Magnoliaceae），是木兰目（Magnoliales）中较早分化的一个分支，因其极高的观赏价值和商业价值而在全球范围内被广泛栽培。作为木兰科中一个庞大的属，Magnolia物种在系统发育学和保护生物学研究中具有重要的价值。然而，目前关于Magnolia的完整基因组数据仍然相对不足。在这里，我们提供了Magnolia sinostellata的高质量染色体级基因组序列（1.86 Gb），其支架N50值为85.33 Mb。对M. sinostellata的19条染色体进行分析后发现存在11次主要的基因组重复事件。比较基因组学分析表明，不同木兰类物种间非生物胁迫抗性基因的数量差异与其各自的环境适应策略有关。与其它物种相比，M. sinostellata中与MAPK信号通路和胁迫抗性相关的基因得到了显著扩展。此外，对M. sinostellata、Magnolia biondii和Magnolia sieboldii>三个Magnolia物种的基因组进行比较分析后发现，萜类代谢途径、胁迫抗性及黄酮类生物合成相关基因以及DNA复制蛋白基因在某些区域发生了大规模的倒位。利用转录组测序数据，我们分析了在不同温度条件下，各种组织和花蕾中与萜类生物合成（萜类合成酶）及与耐寒性相关的ICE–CBF–COR基因模型相关基因的表达水平。高质量的M. sinostellata基因组组装以及ICE–CBF–COR生物信息学分析为研究木兰科和被子植物的系统发育与进化提供了宝贵资源，而这些候选基因也将为Magnolia物种的分子育种工作提供理论支持。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。

数据可用性声明

本研究中的所有Magnolia sinostellata基因组组装数据和转录组测序原始序列已存储在NCBI，访问号为PRJNA1169943。M. sinostellata的基因组注释信息已上传至figshare数据库（https://figshare.com/account/items/27184485/edit）。本研究中的M. sinostellata基因组组装数据已存储在Science DB中，访问号为CSTR 31253.11.sciencedb.31088，DOI号为10.57760/sciencedb.31088。