我校生科院李国婧教授团队合作完成柠条全基因组测序并揭示其适应干旱的机制

“小柠条，大产业”，作为我国北方旱区重要的乡土灌木，柠条在“三北”生态工程建设和饲草供应中发挥重要作用。近日，生命科学学院旱寒区植物逆境适应与遗传修饰改良自治区重点实验室李国婧教授团队与兰州大学武生聃研究员、刘建全教授及浙江大学陈铭教授等团队合作，在国际知名植物学期刊《The Plant Journal》上发表了题为“Genomic insights into drought adaptation of the forage shrub Caragana korshinskii (Fabaceae) widely planted in drylands”的研究论文，解码了柠条的染色体水平参考基因组序列，搭建了组学数据库平台，揭示了其适应极端干旱生境的遗传基础。学校生命科学学院研究生杨天瑞和兰州大学生态学院研究生梅峰源为论文共同第一作者。

研究团队利用三代长读长测序技术组装完成了柠条的染色体级别参考基因组约1.35 Gb，注释到36219个蛋白质编码基因，搭建了柠条组学数据库分析平台CakorDB。

为了解析何种遗传改变赋予了柠条在广袤旱区极强的适应能力，通过一系列比较和进化基因组学分析发现：柠条所在的锦鸡儿属未发生过属水平的全基因组复制事件，而是串联重复扩增在该物种的适应性进化中起到了关键作用；特别是早期光诱导蛋白early light-induced protein（ELIP）、热激蛋白heat shock protein 100（HSP100）和脱水蛋白Dehydrin (DHN)等参与细胞保护和修复的关键基因家族通过串联重复显著扩增，使柠条具备了类似于复苏植物的基因组特质。团队建立了柠条瞬时过表达和VIGS基因沉默体系，对串联重复扩增的DHN基因家族成员进行了功能验证，表明关键基因的扩增及高表达可以显著提高柠条的抗旱能力。

该研究不仅为旱寒区灌木饲草柠条提供了基因组学数据资源和平台，而且揭示了其干旱适应的遗传基础和分子机理，为柠条生物学研究、遗传改良、新品种培育及生态产业发展提供了理论基础。