经典案例 | 同源四倍体大黄基因组揭示蒽醌类物质进化和积累机制

The haplotype-resolved genome assembly of autotetraploid rhubarb Rheum officinale provides insights into the genome evolution and massive accumulation of anthraquinones

大黄(Rheum officinale)是大黄属/蓼科多年生草本植物，数千年来被列入许多经典中药配方中，含大黄的中成药有900多种，中国大黄年需求量约5500吨。大黄根粗，茎中空直立，基生叶大，叶片近圆形，种子宽卵形，枝上簇生有白绿色或紫红色的小花。大黄已被证明具有抗菌、抗病毒、免疫抑制、止血和抗肿瘤活性等非常重要的治疗潜力，且能消除充血。中国汉代(公元前202年-公元220年)时，大黄的药用价值首次被列在《神农本草》中。

药用大黄是《中国药法典》正式记载的大黄属中唯一报道的四倍体(2n=4x=44)，因其活性成分丰富、品质优良、环境适应性强而被全球广泛使用。多倍性被假设为在进化过程中掩盖杂合的有害突变，可以创造新的表型性状和变异，促进优势表型和物种多样性的形成，从而有助于扩大其生态位，增加生物体应对环境变化的灵活性。先前的报道中已证明转座因子(TE)在植物基因组进化、基因表达调控和环境适应等方面发挥着重要作用。然而，目前尚不清楚大黄是同源四倍体还是异源四倍体，以及多倍体是否在其表型、物质生物合成和环境适应中发挥了重要作用。

大黄中含有丰富的蒽醌类、蒽酮类和苯乙烯类物质，使其具有抗菌、抗病毒、抗炎等特性，且这些代谢物的积累在不同发育阶段和不同组织中差异显著，然而目前蒽醌大量积累的遗传基础尚有待探究。

基因组、转录组和代谢组联合分析

目前已发表的同源四倍体基因组包括苜蓿、甘蔗、马铃薯和胡椒，在本研究之前还没有同源四倍体药用植物基因组的报道。作为同源四倍体药用植物基因组，研究为草本植物多倍体基础研究和农艺性状相关基因的鉴定提供了重要的基因组资源，有利于指导大黄的药物利用和高品质改良育种，也为研究TE多态性在长期进化背景下的功能效应和动态活性提供了重要参考。