锦葵科是锦葵目中物种最丰富的科，由九个亚科组成。目前，锦葵科的黄麻、可可、榴莲、木棉、亚洲棉、海滨木槿等物种基因组都已组装并发表，而梧桐亚科梧桐属中的大多数物种被认定为濒危物种，其基因组仍未被探索。提供高质量的梧桐属物种参考基因组，对于探讨锦葵科物种演化历史和低木材密度特性的形成至关重要。
2024年12月19日，Journal of Genetics and Genomics在线发表浙江大学农业与生物技术学院方磊教授团队题为“High-quality genome of Firmiana hainanensis provides insights into the evolution of Malvaceae subfamilies and the mechanism of their wood density formation”的研究论文。该研究基于三代测序技术、Hi-C测序组装得到染色体级别的海南梧桐(Firmiana hainanensis)基因组，揭示了锦葵科物种基因组进化特征，解析了锦葵科低木材密度形成的遗传基础。
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该研究以海南梧桐Firmiana hainanensis为研究对象，通过三代HiFi以及Hi-C测序技术组装了高质量的海南梧桐参考基因组，其大小为1.53 Gb，contig N50 为66.44 Mb，含有40条染色体。通过与可可、棉花等8个锦葵科物种基因组进行比较分析，发现海南梧桐经历一次特有的二倍化事件，与最近的榴莲物种的分歧发生在两千一百万年前(21 millions of years ago)。不同的断裂和融合事件是造成锦葵科物种染色体数目从14至96条不等的主要因素。转座子Gypsy类中Tekay成员数量的变化是导致锦葵科物种基因组大小变化的重要原因。海南梧桐与木棉都是锦葵科植物，木材密度低。相比高密度物种“坡垒”，锦葵科低密度木材具有更大的细胞尺寸，在相同体积下具有更低的木质素含量。影响木质素合成的P450以及过氧化物酶基因家族在低密度物种中呈现收缩趋势。尤其是P450基因家族的76、706和709亚族和过氧化物酶基因家族的A亚族成员数量显著低于高密度物种。影响细胞大小的微管基因家族在海南梧桐中同样呈现收缩趋势。因此，细胞大小的变化、P450等基因家族成员拷贝数发生变化可能是导致锦葵科物种木材密度低的重要原因。
木材密度相关基因家族的扩张与收缩比较
综上所述，该研究通过组装高质量梧桐属参考基因组，完善了锦葵科物种的基因组资源，为锦葵科物种演化研究以及木材密度形成的遗传基础提供了新见解。
作者简介
浙江大学农业与生物技术学院博士研究生董泽宇，博士后金尚昆和中国热带农业科学院香饮所范睿副研究员为该论文共同第一作者。浙江大学方磊教授为通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委等项目资助。
引用本文
Zeyu Dong, Shangkun Jin, Rui Fan, Pengcheng Sun, Lei Shao, Ting Zhao, Haojie Jiang, Zhiyuan Zhang, Haihong Shang, Xueying Guan, Yan Hu, Tianzhen Zhang, Fuyuan Zhu, Lei Fang. (2024). High-quality genome of Firmiana hainanensis provides insights into the evolution of Malvaceae subfamilies and the mechanism of their wood density formation. Journal of Genetics and Genomics.
DOI：10.1016/j.jgg.2024.12.009
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