近日，《自然·通讯（Nature Communications）》期刊在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）王丽课题组的研究论文，题为“Inversions encounter relaxed genetic constraints and balance birth and death of TPS genes in Curcuma ”。该研究揭示了姜黄属植物中普遍存在大量的染色体倒位现象，这些倒位不仅存在于不同物种之间，也在同一物种内部出现。研究指出，位于倒位区域内的基因表现出较低的表达水平、较高的转座子含量，并积累了更多的有害突变，这表明这些基因经历了较为宽松的进化约束。
特别的是，研究人员发现，处于倒位中的萜类合酶（TPS）基因趋向于发生假基因化，即失去了其催化功能；而位于倒位外的TPS基因则保持结构完整，继续发挥其催化作用。这一现象有效地“暂停”了TPS基因的串联重复扩增，从而平衡了TPS基因的活性与非活性状态，调控了姜黄属植物体内萜类化合物的合成量。
姜黄属植物因其根茎富含抗癌、抗炎和抗氧化等生物活性成分，在药用和食用方面具有重要价值。考虑到该属植物染色体基数的多变性以及多倍化现象的普遍性（从二倍体到十五倍体），这项研究通过构建三种姜黄属植物（姜黄、女王郁金、姜荷花）的高质量单倍型基因组，深入分析了它们之间的染色体倒位情况。研究结果进一步证明，倒位可以抑制重组，积累有害突变，并且含有较少的选择性位点，支持了关于姜黄属植物中倒位经历放松进化约束的假设。此外，倒位导致TPS基因的功能丧失，成为假基因，而倒位外的TPS基因则保留了其正常的催化活性，能够合成对植物生态适应至关重要的萜类化合物。
这项研究不仅加深了我们对姜黄属植物功能基因组学的理解，也为探索基因组结构变异如何影响其他经济作物的次生代谢途径提供了新的视角。
基因组所（大鹏湾实验室）已毕业博士生廖雪竹、博士后谢德金和博士后包婷婷为论文的共同第一作者，基因组所（大鹏湾实验室）王丽研究员为该论文的通讯作者。基因组所侯蒙蒙、李诚、聂宝、孙士超、彭丹参与了该研究，基因组所李伟研究员、汪鸿儒研究员、陶永富研究员、中山大学张雨副教授和美国加州大学戴维斯分校Haixiao Hu博士对研究进行了指导。东北师范大学高翔教授及广东省农业科学院环境园艺研究所叶远俊博士为该研究提供了帮助。该研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程、中国农业科学院青年英才和深圳市基础研究专项(自然科学基金)重点项目等项目的资助。
