王雷研究组揭秘山桐子基因奥秘

王雷研究组揭秘山桐子基因奥秘

中国科学院植物研究所王雷研究组在山桐子基因组研究方面取得重大突破。他们成功解析了山桐子的染色体级别基因组，揭示了其基因组特征和含油率调控机制。这一重要成果于3月6日在线发表于国际学术期刊《细胞报告》（Cell Reports）。

山桐子是我国特有的一种木本油料树种，因其果实含油量高且富含亚油酸等不饱和脂肪酸，被誉为“树上油库”。这种树种可种植于非耕地、边际土地以及林地等，培育高品质山桐子种质资源对保障国家粮食安全具有重要意义。

研究团队通过解析山桐子染色体级别基因组，结合多组织和器官的转录组数据，系统阐述了山桐子的基因组特征。研究发现，山桐子基因组大小约为1.21 Gb，由21条染色体组成，包含42086个蛋白编码基因。基于核基因组系统进化树分析，研究团队发现山桐子与杨树亲缘关系紧密，应归属为杨柳科，而不是传统上认为的大风子科。

基因组进化分析显示，山桐子与杨树大约在1628万年前发生分化。与杨树相比，山桐子基因组中的脂肪酸合成酶基因显著扩张，脂肪酸合成基因（如催化亚油酸合成的脂肪酸去饱和酶FAD2）在果实中高度表达，这解释了山桐子果实高含油量以及亚油酸含量较高的原因。

研究团队进一步对来自北京、四川、陕西和西藏等地的42份山桐子种质的果实含油率进行全基因组关联分析，并结合转录组数据，鉴定到一个可能影响果实含油率的关键基因——编码蔗糖转运蛋白的IpSTP5。通过病毒诱导基因沉默技术，研究团队发现IpSTP5基因沉默可导致果实含油率和亚油酸含量显著下降。同时，他们还鉴定到一个影响山桐子果实大小的基因IpTGW6，该基因在果实中的沉默可导致果实膨大受阻。

这些关键基因的发现为山桐子优良品种选育提供了重要的理论依据。目前，相关基因及其分子标记的应用已经申请了多项国家专利。该研究得到了国家盐碱地综合利用技术创新中心院士工作站项目和中国科学院乡村振兴项目的资助。

这一突破性研究成果不仅加速了山桐子新品种的培育和推广，还提高了种植效率和资源利用率，为种植业注入了科技动力，助力其向现代化、可持续方向发展。