我國(guó)科學(xué)家解開(kāi)薰衣草獨(dú)特香味遺傳學(xué)之謎

據(jù)外媒報(bào)道，自古以來(lái)，薰衣草這種美麗的花朵一直被用來(lái)制作香水和精油。薰衣草的美學(xué)價(jià)值吸引了人們的注意力。那么，是什么使這種花如此特別？賦予它獨(dú)特香味的“神奇”化合物是什么？這些化合物的遺傳基礎(chǔ)是什么？這些問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著科學(xué)家。

為了找到答案，中國(guó)的科學(xué)家對(duì)薰衣草的基因組進(jìn)行了測(cè)序，薰衣草在科學(xué)界被稱(chēng)為 Lavandula angustifolia。由中國(guó)科學(xué)院植物研究所植物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和北京植物園教授石磊博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，對(duì)薰衣草產(chǎn)生的一類(lèi)揮發(fā)性萜類(lèi)化合物的遺傳學(xué)和多樣性特別感興趣。

萜類(lèi)化合物在包括薰衣草在內(nèi)的芳香花卉的生物學(xué)中發(fā)揮著重要作用。在環(huán)境中，萜類(lèi)化合物已被證明可以吸引潛在的昆蟲(chóng)授粉者。在現(xiàn)實(shí)生活中，萜類(lèi)化合物通過(guò)精油等產(chǎn)品提供其潛在的好處，包括緩解壓力和皮膚護(hù)理?？紤]到這些，必須在遺傳水平上了解萜類(lèi)生物合成的基本原理，以便操縱薰衣草生產(chǎn)出質(zhì)量更好的化合物。

該團(tuán)隊(duì)首先分析了中國(guó)薰衣草品種“京薰2號(hào)”的高質(zhì)量參考基因組數(shù)據(jù)。通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育分析，他們確定了薰衣草進(jìn)化歷史中的基因組事件，這些事件導(dǎo)致了該物種中萜類(lèi)生物合成基因的擴(kuò)展。他們的分析還對(duì)這些基因隨著生長(zhǎng)環(huán)境的變化而發(fā)生的變化產(chǎn)生了重要的洞察力。

首先，科學(xué)家們收集了中國(guó)薰衣草栽培品種的基因序列。接下來(lái)，他們識(shí)別和命名，或“注釋”了薰衣草序列中的基因組區(qū)域，并對(duì)這些序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，以更好地了解薰衣草的進(jìn)化歷史。然后，他們確定了影響整個(gè)薰衣草基因組的事件，特別是產(chǎn)生萜類(lèi)化合物的基因。最后，他們將薰衣草基因組序列上的基因與植物中發(fā)現(xiàn)的不同萜類(lèi)化合物聯(lián)系起來(lái)，以構(gòu)建基因-萜類(lèi)化合物網(wǎng)絡(luò)。

其研究結(jié)果顯示，他們成功地組裝了分布在27條染色體上的894.5 Mb的薰衣草基因組序列，這可能是迄今為止質(zhì)量最好的薰衣草序列組裝。此外，科學(xué)家們能夠表明，薰衣草完全經(jīng)歷了重大的遺傳事件，包括兩個(gè)全基因組的復(fù)制，這使它們能夠更好地適應(yīng)并在更寒冷的地中海氣候條件下茁壯成長(zhǎng)。

在解釋他們的觀察結(jié)果時(shí)，石磊博士說(shuō)：“植物有能力復(fù)制它們的基因組，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，復(fù)制的基因有自由進(jìn)化，可以做其他事情。這使得植物能夠開(kāi)發(fā)出新的機(jī)器來(lái)制造各種各樣的化學(xué)物質(zhì)，用來(lái)抵御有害微生物和食草動(dòng)物的攻擊，并吸引諸如蜜蜂等有益物種來(lái)協(xié)助授粉。事實(shí)上，史博士的這一解釋得到了該團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果的支持。他的團(tuán)隊(duì)確定了由前面提到的遺傳事件引起的基因復(fù)制，這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致了萜類(lèi)化合物的多樣化。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析，他們還觀察到了專(zhuān)門(mén)對(duì)應(yīng)于有吸引力的和防御性的萜類(lèi)化合物的基因簇?！?/p>

石磊博士對(duì)這項(xiàng)工作在現(xiàn)實(shí)生活中的潛在應(yīng)用感到興奮。“薰衣草引入中國(guó)可以追溯到20世紀(jì)50年代，由中國(guó)科學(xué)院植物研究所的先驅(qū)們引進(jìn)。栽培品種的退化令人擔(dān)憂(yōu)，因此迫切需要改良品種。隨著對(duì)薰衣草基因組的更好理解，科學(xué)家們將更容易開(kāi)發(fā)新品種，這些品種可能生產(chǎn)高質(zhì)量的精油，具有很強(qiáng)的觀賞性，并能抵抗病原體和氣候的波動(dòng)?！?/p>