科学家解开薰衣草独特香味背后的遗传学之谜

来源: cnBeta.COM 日期:2021-07-08

  据外媒报道,自古以来,薰衣草这种美丽的花朵一直被用来制作香水和精油。薰衣草的美学价值吸引了全世界数百人的想象力。那么,是什么使这种花如此特别?赋予它独特香味的“神奇”化合物是什么?这些化合物的遗传基础是什么?这些问题长期以来一直困扰着科学家。

  为了找到答案,一组来自中国的科学家对薰衣草的基因组进行了测序,薰衣草在科学界被称为 Lavandula angustifolia。由中国科学院植物研究所植物资源重点实验室和北京植物园教授石磊博士领导的团队,对薰衣草产生的一类挥发性萜类化合物的遗传学和多样性特别感兴趣。

  萜类化合物在包括薰衣草在内的芳香花卉的生物学中发挥着重要作用。在环境中,萜类化合物已被证明可以吸引潜在的昆虫授粉者。在现实生活中,萜类化合物通过精油等产品提供其潜在的好处,包括缓解压力和皮肤护理。考虑到这些,必须在遗传水平上了解萜类生物合成的基本原理,以便操纵薰衣草生产出质量更好的这些化合物。

  该团队首先分析了中国薰衣草品种“京薰2号”的高质量参考基因组数据。通过系统发育分析,他们确定了薰衣草进化历史中的基因组事件,这些事件导致了该物种中萜类生物合成基因的扩展。他们的分析还对这些基因随着生长环境的变化而发生的变化产生了重要的洞察力。

  首先,科学家们收集了中国薰衣草栽培品种的基因序列。接下来,他们识别和命名,或 "注释 "了薰衣草序列中的基因组区域,并对这些序列进行系统发育分析,以更好地了解薰衣草的进化历史。然后,他们确定了影响整个薰衣草基因组的事件,特别是产生萜类化合物的基因。最后,他们将薰衣草基因组序列上的基因与植物中发现的不同萜类化合物联系起来,以构建基因-萜类化合物网络。

  他们的研究结果发表在最近一期的《园艺研究》上,报告说他们成功地组装了分布在27条染色体上的894.5 Mb的薰衣草基因组序列,这可能是迄今为止质量最好的薰衣草序列组装。此外,科学家们能够表明,薰衣草完全经历了重大的遗传事件,包括两个全基因组的复制,这使它们能够更好地适应并在更寒冷的地中海气候条件下茁壮成长。

  在解释他们的观察结果时,石磊博士说:“植物有能力复制它们的基因组,当这种情况发生时,复制的基因有自由进化,可以做其他事情。这使得植物能够开发出新的机器来制造各种各样的化学物质,用来抵御有害微生物和食草动物的攻击,并吸引诸如蜜蜂等有益物种来协助授粉。事实上,史博士的这一解释得到了该团队研究结果的支持。他的团队确定了由前面提到的遗传事件引起的基因复制,这反过来又导致了萜类化合物的多样化。经过进一步分析,他们还观察到了专门对应于有吸引力的和防御性的萜类化合物的基因簇。”

  石磊博士对这项工作在现实生活中的潜在应用感到兴奋。“薰衣草引入中国可以追溯到20世纪50年代,由中国科学院植物研究所的先驱们引进。栽培品种的退化令人担忧;因此,迫切需要改良品种。随着对薰衣草基因组的更好理解,科学家们将更容易开发新品种,这些品种可能生产高质量的精油,具有很强的观赏性,并能抵抗病原体和气候的波动。”

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