尽管鱼腥草在中药、食品乃至农业投入品领域具有重要地位，但如何解析当阳等地家种品种产量如此之高、怎样通过活性成分生物合成途经和遗传多样性的种群结构变化定向培育目标新品种，而基因组数据的缺失限制了我们加快对鱼腥草品种的精准选育与改良及活性组分的综合利用开发。鱼腥草基因组数据的获得不仅能够为揭示其独特的代谢途径提供关键线索，还能为进一步的功能基因研究、分子育种和活性成分开发提供坚实的基础。项目组以湖北当阳两河镇的鱼腥草为主要研究对象，开展了全基因组测序及相关生物学研究。
2024年9月，Horticulture Research 在线发表了湖南农业大学及岳麓山实验室曾建国教授团队题为A genome assembly of decaploid Houttuynia cordata provides insights into the evolution of Houttuynia and the biosynthesis of alkaloids的研究论文。
1. 鱼腥草全基因组解析
鉴于鱼腥草复杂倍性，首先对鱼腥草进行了核型分析，结果表明其核型为2n=10x=90。随后通过Revio平台和Hi-C，对测序数据进行了初步组装和人工校正，获得了高质量和高准确性的十倍体鱼腥草染色体水平基因组。组装基因组共88条染色体（Chr15_sub1和Chr17_sub4各代表两条同源染色体），基因组大小为2.4Gb，Contig N50=19.83Mb。基因组组装评估显示，HiFi比对率99.7%，BUSCO评估完整性为98.8%，LAI值为13.21，QV值为70.50，表明组装的为高质量基因组（图1）。
结合染色体核型、Survey分析、Hi-C互作热图、染色体共线性、Smudgeplot分析等证据，研究者证实了鱼腥草十倍体的复杂性。并进一步将十倍体鱼腥草分为A、B两套亚基因组，其中A亚基因组包括Chr1、Chr3、Chr6、Chr8、Chr10、Chr12、Chr14、Chr15和Chr18，其大小为1.18Gb，B亚基因组包括Chr2、Chr4、Chr5、Chr7、Chr9、Chr11、Chr13、Chr16和Chr17，其大小为1.23Gb（图2）。
图2 十倍体鱼腥草亚基因组特征
2. 鱼腥草中生物碱生物合成和根发育中的基因家族扩增
结合转录组分析和基因家族鉴定，对鱼腥草生物碱合成和根部发育中的显著扩张基因进行了分析。这些包括与异喹啉生物碱（isoquinoline alkaloids, IQAs）和吲哚生物碱（indole alkaloids, IAs）生物合成密切相关的基因家族。例如，对于IQAs生物合成至关重要的芳香族L-氨基酸/L-色氨酸脱羧酶（DDC）基因家族，在鱼腥草基因组中鉴定出102个同源基因。此外，6-O-甲基转移酶（6OMT）和4-O-甲基转移酶（4OMT）基因家族也经历了显著扩展，这与IQAs的合成密切相关。特别是，严格吲哚生物碱合酶（STR）基因家族表现出显著的扩展，这些基因家族的扩展可能增强了鱼腥草合成IQAs和IAs的能力，这些生物碱因其抗炎、抗微生物和抗癌特性而具有重要的药用价值。此外，与根部结构形成和生长密切相关的三磷酸隧道金属酶3（TTM3）基因家族在鱼腥草基因组中也表现出扩张，这可能增强了植物对环境的适应能力，例如通过提高从土壤中吸收营养的效率或增加对干旱和盐分等非生物胁迫的抵抗力（图3）。
湖南农业大学黄鹏教授、博士生李柱、武汉菲沙基因王欢为本文共同第一作者，湖南农业大学曾建国教授与湖南省农业科学院孙梦姗博士为本文共同通讯作者。
曾建国，男，汉族，1965年11月生，湖南农业大学教授，博士生导师，现任岳麓山实验室-中药材品种创制中心主任、中药资源与中兽药创制国家地方联合工程研究中心主任、岳麓山中药材种业创新中心主任、国家农业科研杰出人才、国家中药材产业技术体系岗位科学家、十三五国家重点研发计划首席专家，担任湖南省中药材产业协会会长、全国饲料审评委员、中国兽药典委员。
曾建国教授一直从事中药资源及综合利用研究，为植物提取物和中兽药领域的知名专家。在Science、Nature Plants、Molecular Plant、Microbiome、Horticulture Research等国内外期刊发表 100 多篇学术论文，申请获得 30 多个专利。取得4个国家二类新兽药证书，牵头获湖南省自然科学一等奖与科学技术进步一等奖各1项。
黄鹏，男，汉族，1985年10月生，湖南农业大学教授，博士生导师，全国饲料工业标准化技术委员会微酶制剂标准化工作组委员，中国中医药信息学会中医药基因分会理事, iMeta、Frontiers in Microbiology等杂志编委/青年编委。
黄鹏教授长期从事中药资源与中兽药饲用替抗机制研究，获湖南省自然科学奖一等奖1项；主持国家重点研发计划课题、湖南省重点研发计划项目、湖南省自然科学基金优青基金、湖湘青年英才计划项目4项；在Microbiome、Animal Nutrition、Poultry Science、Molecular Plant、Horticulture Research等学术期刊上发表论文40余篇，授权国家发明专利13项，制定国家标准1项，参编教材5部。
文章链接：
https://doi.org/10.1093/hr/uhae203
