近日，河南农业大学张党权团队构建了迷迭香高抗性新品系的高质量基因组，并对其富含高活性抗氧化物质的分子基础及应对不良环境的分子机制进行了研究，为迷迭香抗性和品质的双重提升提供了新的思路。该研究成果以“High-quality chromosome-level genome assembly and multi-omics analysis of rosemary (Salvia rosmarinus) reveals new insights into the environmental and genome adaptation”为题在线发表在植物科学领域著名期刊《Plant Biotechnology Journal》(IF:13.80)。经过漫长的进化，各种植物形成了不同的环境适应策略，例如次生代谢物在许多植物抵御不良环境中发挥重要作用。迷迭香因其体内高含量强活性的抗氧化活性物质（如鼠尾草酸/酚、迷迭香酸等，含量高达2.5-4.5%）而著名，被广泛用于制备天然抗氧化剂和功能性精油，在食品、化妆品、生物医药等方面具有重要的经济价值。迷迭香起源地中海区域，多生长于沙滩或岩石上，经常遇到高温、干旱等各种非生物胁迫。富含这些次生代谢物是迷迭香长期进化的结果，可能是其抵御不良环境的重要策略。该团队以综合抗性较优良的品系Albus-2为材料，构建了迷迭香高质量染色体水平基因组（1.17 Gb），并将97.96%的序列锚定到12条染色体上，注释后获得46121个蛋白质编码基因和1265个非编码RNA基因，基因组完整性为96.22%。通过比较基因组分析，发现在1918个扩张的基因家族中，35个基因家族参与了抗氧化物质的生物合成；同时，参与环境适应的HSF、HSP、钾离子转运体、过氧化物酶等基因家族也发生扩张。这些扩张的基因家族增强了迷迭香对不利环境的适应能力。进一步通过代谢组、转录组联合解析了迷迭香主要抗氧化物质组织特异性分布特征与分子基础，发现迷迭香主要抗氧化物质在幼嫩组织中的含量明显高于较成熟组织，同时参与这些物质合成相关基因的表达量也明显高于较成熟组织。由于幼嫩组织对环境更为敏感，更高含量的抗氧化物质可能有利于幼嫩组织应对各种不利环境因素。通过干旱、高温、盐害等不利环境胁迫实验，发现参与主要抗氧化物质合成的相关基因上调表达，进一步说明抗氧化物质在迷迭香抵御不良环境中发挥重要作用。结合参与光合作用、水分平衡调节以及过氧化物酶等相关基因的响应表达模式，提出了迷迭香抵抗恶劣环境的模型，及鼠尾草酸、迷迭香酸和黄酮类化合物调节活性氧（ROS）稳态，并通过光合作用、物质和能量代谢、蛋白质和离子平衡的协同作用维持细胞的稳定性，来提高迷迭香抵抗恶劣环境的能力。以上研究结果在迷迭香的适应性进化和抗氧化成分抵抗恶劣环境的机理方面提出了新的见解，为调控抗氧化成分含量、培育多抗性良种的精准育种提供了新思路。图1 迷迭香适应高温、干旱、盐渍等非生物胁迫的分子模型河南农业大学赖勇副教授、尚富德教授、丁申讲师、马菁华博士生，河南大学张学斌教授，水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹)轩晓博高级工程师，黄淮学院朱凤云教授为共同第一作者，张党权教授为第一通讯作者，李明婉副教授与美国东卡罗来纳大学张宝红教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、河南省重点研发项目、河南农业大学高层次人才项目等课题资助。近年来，张党权教授领衔的河南农业大学经济林定向培育与利用科技创新团队在Trends in Plant Science、Journal of Advanced Research、Journal of Cleaner Production等期刊发表论文多篇，在迷迭香的多抗性多风味新品种培育、优质高抗栽培、高值化加工利用等领域开展关键理论与技术研究，研发了迷迭香高品质复方精油与纯露、迷迭香抗衰老茶、迷迭香精油口红、迷迭香面膜与眼贴、迷迭香日化品、迷迭香风味食品等高附加值产品。文章来源：植物生物技术Pbj
