英文标题： The chromosome-scale assembly of the Salvia plebeiagenome provides insight into the biosynthesis andregulation of rosmarinic acid

发表时间：2025.01.06

发表期刊：Plant Biotechnology Journal

影响因子：11.2

2025年1月《Plant Biotechnology Journal》杂志在线发表了题为The chromosome-scale assembly of the Salvia plebeiagenome provides insight into the biosynthesis andregulation of rosmarinic acid的研究成果，中国药科大学中药学院中药资源系研究生戴轶群、何梦乾和扬州市食品药品检验检测中心刘慧为共同第一作者，中国药科大学中药学院中药资源系秦民坚与赵玉成教授为论文的共同通讯作者。本研究组装了染色体级别的高质量荔枝草基因组图谱，并对荔枝草中酚酸类主要成分迷迭香酸的生物合成及调控机制进行了系统研究。贝纳基因参与该项目基因组测序及部分分析内容。

荔枝草（Salvia plebeia R. Br.）别名过冬青、猪婆草、皱皮草，是唇形科（Lamiaceae）鼠尾草属（Salvia）一年或两年生草本植物。全草可入药，味苦、辛，性凉，具有清热解毒、凉血散淤、利水消肿的功效。荔枝草中含有丰富的黄酮类和酚酸类成分，具有良好的抗炎、抗氧化等活性，广泛应用于药品、保健品和化妆品行业。尽管荔枝草中多种化学成分具有重要的药用价值和经济价值，但对其活性成分生物合成途径的认识仍然不足，阻碍了荔枝草资源的充分开发利用。

1. 荔枝草基因组组装、注释和评估

本研究利用流式细胞仪对荔枝草基因组进行初步调查，得到基因组大小约为1.24 Gb，染色体数目2n=2x=16。Illumina二代数据survey结果显示基因组大小为1.16 Gb，基因组杂合度为0.38%。根据前期调查结果，结合ONT 测序和Hi-C测序技术对基因组进行组装，最终组装的基因组大小为1.21 Gb，99.35%的基因组序列挂载到了8条染色体上，BUSCO评估97.4%的单拷贝基因结构完整。

通过结构注释发现重复序列占荔枝草基因组81.39%，并预测得到40613个蛋白编码基因，荔枝草的基因组大小高于其他二倍体唇形科物种。通过比较基因组分析，研究团队构建了11个物种的单拷贝直系同源基因进化树，揭示了荔枝草在真双子叶植物共享的基因组三倍体化事件（γ-WGT）之后又经历了唇形科共有的一次全基因组重复事件。

图 1荔枝草基因组结构和比较基因组分析

2. SpRAS和SpCYP98A基因家族参与迷迭香酸的生物合成

迷迭香酸合酶基因SpRAS在迷迭香酸前体形成中起到关键作用，通过催化4-羟基苯乳酸和丹参素分别与4-香豆酰辅酶A和咖啡酰辅酶A的结合，形成迷迭香酸前体物质，这些前体物质通过SpCYP98A亚家族酶的羟基化作用转化为迷迭香酸（图2）。

图 2 迷迭香酸的生物合成途径

研究团队从荔枝草基因组中鉴定了4个SpCYP98A氧化酶基因，通过酵母蛋白表达以及农杆菌介导的蛋白瞬时表达，发现SpCYP98A75、SpCYP98A77、SpCYP98A78都可以氧化迷迭香酸前体的3位和3′位，即可以催化4-香豆酰-3′,4′-二羟基苯乳酸或咖啡酰-4′-羟基苯乳酸生成迷迭香酸。SpCYP98A75对3′位的氧化能力更强，SpCYP98A77和SpCYP98A78对3位的氧化能力更强。而且，SpCYP98A75可以同时氧化迷迭香酸前体的3位和3′位，即可以直接催化4-香豆酰-4′-羟基苯乳酸生成迷迭香酸（图3）。

图 3 荔枝草CYP98A家族基因功能验证

3. 迷迭香酸合成相关的转录因子研究

为了探究茉莉酸甲酯（MeJA）诱导子对荔枝草毛状根中迷迭香酸的诱导调控，研究团队构建了荔枝草毛状根遗传转化体系。首先从荔枝草基因组中鉴定了124个bHLH类转录因子，联合MeJA处理的转录组分析，鉴定差异表达转录因子，筛选出显著上调表达的转录因子SpbHLH54（图4）。

图 4 调控迷迭香酸生物合成的转录因子验证

通过构建SpbHLH54过表达载体（OE-SpbHLH54）和敲除载体（RNAi-SpbHLH54），利用发根农杆菌A4介导的转化法获得了SpbHLH54过表达和抑制表达毛状根株系。过表达SpbHLH54显著提高了迷迭香酸和高车前苷的含量，并上调了迷迭香酸和高车前苷生物合成途径的关键基因的表达，尤其是SpFNS和SpRAS，分别表现为4.0倍和2.6倍的上调表达。研究团队认为这两个基因可能是SpbHLH54调控迷迭香酸和高车前苷生物合成的直接靶基因，因此将这两个基因的启动子克隆到pLacZ载体中，并进一步通过双荧光素酶实验和酵母单杂交证实SpbHLH54通过结合E-box元件激活SpRAS和SpFNS的启动子，进而促进酚酸类和黄酮类成分的积累（图5）。

图 5 转录因子SpbHLH54促进迷迭香酸生物合成

本研究组装了高质量的荔枝草染色体水平基因组，揭示了荔枝草的进化历程，挖掘验证了荔枝草中迷迭香酸合酶和CYP98A亚家族氧化酶的功能。本研究不仅为理解迷迭香酸生物合成及调控机制提供了重要的基因组信息，也为未来的改良育种和功能基因研究奠定了基础。

参考文献：

Dai, Yiqun, et al. "The chromosome‐scale assembly of the Salvia plebeia genome provides insight into the biosynthesis and regulation of rosmarinic acid." Plant Biotechnology Journal (2025).