近日，Molecular Ecology Resources在线发表了开云手机在线登陆陆秀君教授团队题为“The Chromosome-Scale Genome of Magnolia sieboldii K. Koch Provides Insight Into the Evolutionary Position of Magnoliids and Seed Germination ”的研究论文，报道了天女木兰染色体水平参考基因组，验证了木兰科植物的进化地位，发现木兰科植物起源于真双子叶植物和单子叶植物分化之前，RNA-seq分析鉴定了控制种子休眠和萌发的关键基因及途径，揭示了FAR1（FAR-RED IMPAIRED RESPONSE 1）基因家族不同成员参与种子萌发的复杂过程。
天女木兰（M. sieboldii）是木兰科木兰属植物，在开花植物进化方面发挥系统发育作用。但其种子萌发困难，存在形态生理休眠现象。因此，天女木兰全基因组测序工作的完成，对解析木兰科植物的系统发育位置及其种子萌发过程具有重要意义。
该研究获得的天女木兰基因组大小为2.1 Gb，超过95%的基因组序列被定位到19条染色体上，Contig N50长度为3.2 Mb，Scaffold N50长度为102.4 Mb。在基因组中共注释到的1,403 Mb（占基因组的67%）的转座子； 33,420个蛋白质编码基因，其中94%的基因完成功能注释；1,856个miRNAs、1,248个tRNAs、353个rRNAs和3,100个snRNAs。
系统发育分析表明，木兰科起源于双子叶植物和单子叶植物分化之前，并与它们形成姐妹分支；无油樟（Amborella trichopoda）是它们的共同祖先。该结果验证了木兰科植物处于被子植物基部的进化地位。
对D0（4℃下0 d休眠种子）、D35（25℃下35d非休眠且未萌发种子）和M28（25℃下28 d萌发种子）进行RNA-seq分析，共确定了12,929个差异表达基因（DEG）。在休眠解除阶段（休眠vs非休眠未萌发）、萌发阶段（非休眠未萌发vs萌发）之间，DEG显著富集在次生代谢、四吡咯合成与代谢等途径上。同时，光响应基因表达量在这两个阶段均显著升高，表明光照可能加速天女木兰种子萌发过程。
在天女木兰基因组中鉴定到大量FAR1基因家族成员，其中有21个在种子萌发中差异表达。大多数FAR1基因在种子休眠解除和萌发过程上调表达，且在D35中表达量较高，该结果说明天女木兰种子休眠解除与远红光信号转导相关，FAR1基因家族在天女木兰种子萌发中的休眠解除阶段发挥重要作用。
图A 天女木兰基因组特征； 图B 系统进化树； 图C 天女木兰及近缘物种共线块； 图D 直、旁系同源基因同义替换率分布； 图E 差异表达基因的GO和KEGG富集分析； 图F多种途径相关的差异表达基因概述；图G FAR1基因的差异表达
开云手机在线登陆陆秀君教授为该论文通讯及第一作者，已毕业博士研究生梅梅、青年教师艾万峰及课题组在读博士生刘琳、许欣参与了该研究工作。本研究得到国家自然科学基金项目（31971647、31570621）资助。
文章链接：https://doi.org/10.1111/1755-0998.14030
投稿/艾万峰 编审/张智