基因组学探究沙棘放线菌固氮生物学机制

沙棘        刘欢供图

沙棘是胡颓子科沙棘属落叶性灌木，其根部与放线菌共生固氮，适应缺水少肥的华北及西北贫瘠地区，是防风固沙功臣；其果实富含维生素C及黄酮等活性物质，是健康饮品的原料供给者；具有重要的生态和经济价值。

近日，《新植物学家》（New Phytologist）在线发表了来自中科院植物分子科学卓越创新中心王二涛团队、深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室刘欢团队、山西晋中市林业科学研究所等多家单位合作的最新研究论文。

沙棘        刘欢供图

该研究以采自山西的沙棘为材料，组装染色体级别的参考基因组，并与已公布基因组物种构建进化树，理清存在争议的固氮分支植物的演化关系。沙棘与其近亲物种冬枣大约在7~8千万年前分化开；两者分道扬镳后，沙棘又经历了一次特有的全基因组复制事件。利用沙棘基因组、转录组等信息鉴定出维生素C合成通路相关基因，绘制沙棘维生素C合成的代谢通路图。

放线菌固氮部位的特写照片。       冯欢供图

对沙棘的根瘤样品进行微生物多样性分析，确定放线菌Frankia为其根瘤共生微生物的主要来源；对沙棘根瘤和根等多个组织进行转录组测序，鉴定到了根瘤共生诱导的基因。比较沙棘根瘤共生诱导和苜蓿的根瘤固氮共生相关基因，发现这两类基因中绝大多数呈现出直系同源关系，如NIN, RPG, NSP2, DMI2等，表明两种共生类型具有保守的共生分子机制。对NIN等基因的跨物种染色体共线性分析也间接地支持了上述结论。沙棘参考基因组为研究沙棘的分子生物学、植物-放线菌共生以及沙棘的遗传改良提供了科学基础。

中科院植物分子科学卓越创新中心博士后武泽峰、深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室陈宏运、晋中市林业科学研究所潘亚为该论文共同第一作者，中科院植物分子科学卓越创新中心王二涛研究员和深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室刘欢研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目以及国家自然基金等的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/nph.18017