中國(guó)熱科院香飲所熱帶香辛飲料種質(zhì)資源研究室在中國(guó)花椒基因組進(jìn)化和適應(yīng)性演化研究方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)竹葉花椒（Zanthoxylum armatum）和紅花椒（Zanthoxylum bungeanum）基因組的高質(zhì)量拼接和染色體錨定的基礎(chǔ)上，揭示了花椒獨(dú)特的花器官退化、利己素合成和適應(yīng)性表型創(chuàng)新的遺傳基礎(chǔ)，表明花椒基因組進(jìn)化和表型創(chuàng)新與晚新生代嚴(yán)酷的生態(tài)因子，特別是寒冷和/干旱的氣候條件相一致。研究結(jié)果為花椒多樣性演化和表型創(chuàng)新背后的適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制提供了重要的見解，對(duì)新地質(zhì)時(shí)期極端環(huán)境變化下植物保護(hù)利用和適應(yīng)性演化理論的完善具有廣泛意義。

 

　　竹葉花椒（Zanthoxylum armatum）和紅花椒（Zanthoxylum bungeanum）是蕓香科（Rutaceae）花椒屬（Zanthoxylum）香料作物，因其在中醫(yī)藥和中國(guó)飲食中的廣泛應(yīng)用被譽(yù)為“Chinese Pepper”。 花椒經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、適應(yīng)性強(qiáng)，種植面積超過(guò)2000萬(wàn)畝，是我國(guó)最大的木本香料作物，在服務(wù)國(guó)家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中具有重要價(jià)值。此外，花椒異常復(fù)雜的基因組、退化的繁殖策略和獨(dú)特的適應(yīng)性表型也賦予了其在植物適應(yīng)性演化研究中的獨(dú)特價(jià)值。

 

　　基于高深度測(cè)序、Canu組裝和“邊聚類邊去冗余”的策略，研究團(tuán)隊(duì)組裝了目前連續(xù)性和完整度最優(yōu)的竹葉花椒（Zanthoxylum armatum） 和 紅花椒（Zanthoxylum bungeanum）基因組?；蚪M進(jìn)化分析表明花椒基因組劇烈的基因組重排和兩次全基因組復(fù)制造就了花椒基因組大（~4.5 G）、重復(fù)序列比率高（>82%），雜合度高（>6%）和染色體數(shù)目多（2n=4×=132）的特性。結(jié)合代謝組、基因組進(jìn)化和轉(zhuǎn)錄組分析揭示了花椒獨(dú)特的花器官退化、麻味素等利己素合成和環(huán)境適應(yīng)性表型創(chuàng)新的遺傳基礎(chǔ)。這些表型與被子植物經(jīng)典進(jìn)化理論 （達(dá)爾文的“討厭之謎”） 中傳粉者協(xié)同進(jìn)化的表型創(chuàng)新有顯著的區(qū)別。進(jìn)一步基于竹葉花椒和紅花椒適應(yīng)性差異、基因表達(dá)的亞基因組偏好性和黃酮類化合物的積累差異，揭示了花椒基因組進(jìn)化和表型創(chuàng)新與晚新生代嚴(yán)酷的生態(tài)因子，特別是寒冷和/干旱的氣候條件相一致，表明了花椒適應(yīng)性演化與基因組進(jìn)化、環(huán)境驅(qū)動(dòng)的一致性。研究結(jié)果可為花椒分子育種和植物演化提供提供數(shù)據(jù)和理論參考。

 

　　研究結(jié)果以“The complex genome and adaptive evolution of polyploid Chinese pepper （Zanthoxylum armatum and Zanthoxylum bungeanum） 發(fā)表在《Plant Biotechnology Journal》。我院郝朝運(yùn)研究員、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)金雙俠教授、江蘇金椒鴻香料科技研究院院長(zhǎng)朱姝為論文的共同通訊作者，胡麗松、范睿副研究員，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)許忠平博士后為共同第一作者。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、海南省院士創(chuàng)新平臺(tái)科研專項(xiàng)、江蘇金椒鴻香料科技研究院基因育種專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13926