我校学者成功解析远志基因组并揭示了其多倍化过程的核型进化轨迹
近日，我校中医药创新研究院/交叉学科研究院本草基因组学团队在国际知名期刊horticulture research（中科院一区，top期刊）发表题为genome assembly of polygala tenuifolia provides insights into its karyotype evolution and triterpenoid saponin biosynthesis的论文，我校2022级博士研究生孟繁博为第一作者，成都中医药大学陈伟教授、冷梁副教授、华北理工大学宋小明教授为共同通讯作者，西南特色中药资源国家重点实验室为第一完成单位。
远志（polygala tenuifolia）是远志科远志属的多年生草本植物，最早记载于《神农本草经》，被誉为养命要药，同时也是国家重点保护的三级野生品种之一。作为一种重要的药用植物，远志被广泛应用于治疗抑郁症、焦虑症、失眠症、帕金森病和老年痴呆症等疾病。然而，远志的基因组资源尚不完善，限制了对其基因组组成、功能基因的鉴定以及药用成分的合成途径等方面的深入探究。
该研究利用illumnina、pacbio hifi和hi-c等多种技术，完成了首个远志科植物远志的染色体水平参考基因组的组装和注释，获得远志基因组全长769.62 mb，其中含有36,463个基因以及60.49%的重复序列，其中713.3 mb基因组序列被定位到19条染色体（图1）。
图1. 远志的形态和基因组信息
通过比较基因组学分析，该研究发现远志在共享核心双子叶植物共有的全基因组三倍化事件之后，在距今约3900-4400万年前和约1800-2000万年前又经历了两轮全基因组复制事件。全基因组复制（wgd）是药用植物进化和次级代谢产物多样性产生的重要驱动力，而在此过程中核型的演化历程一直是wgd领域有广泛关注度但研究难度颇大的一个主题。该研究对远志在两次wgd前后的核型进化历程进行了详细的梳理，重建了远志的祖先染色体，推断了其从核心双子叶植物的共同祖先到现在物种的染色体进化轨迹（图2）。相关工作为其他经历了多次wgd植物的核型进化分析提供了范例。
图2. 远志染色体核型进化历程的详细解析
远志皂苷作为远志中重要的活性物质，具有益智安神及抗衰老等多种药理活性，是远志中重要的次生代谢产物。基于转录组学数据，研究团队鉴定了参与远志三萜皂苷合成相关的酶基因和转录因子，构建了参与远志皂苷生物合成途径的基因与转录因子之间的调控网络（图3）。
图3. 远志三萜皂苷生物合成相关基因
综上，该研究为深入研究远志的生物学特性、基因组进化、药用价值提供了重要的数据和理论基础，也为远志资源的保护和合理利用提供了重要的科学支持。
该成果得到了四川省自然科学基金（2023nsfsc0683），国家中医药管理局中医药创新团队及人才支持计划项目（zyycxtd-d-202209）等基金项目的支持。
全文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad139
供稿：西南特色中药资源国家重点实验室、中医药创新研究院/交叉学科研究院本草基因组学团队。