研究揭示薰衣草近缘物种分化及精油品质差异的分子机制

享有 香草皇后 美誉的薰衣草，为唇形科薰衣草属多年生亚灌木，花朵芬芳，从中提炼的精油富含多种单萜、倍半萜等挥发性活性成分，具备杀菌、抗炎、抗氧化等功效，具有较高的经济价值。多倍化和转座子插入与植物基因组变异和次生代谢产物多样密切相关，但其对于唇形科植物化学多样性的具体贡献，缺乏深入研究。

中国科学院植物研究所石雷研究组通过绘制杂薰衣草（Lavandula intermedia）染色体级别精细基因组图谱，综合了杂薰衣草的两套亚基因组（LX-LA和LX-LL）特征，从全基因组层面证明了它是狭叶薰衣草（L. angustifolia）和宽叶薰衣草（L. latifolia）的杂交种。研究分析杂薰衣草两套亚基因组及亲本基因组发现，全基因组复制和转座子插入促使狭叶薰衣草和宽叶薰衣草从共同祖先分化，且对萜类合成基因的结构和表达产生了显著影响，是薰衣草属挥发性萜类多样化的主要驱动力。

高乙酸芳樟酯和乙酸薰衣草酯、低樟脑含量的薰衣草精油品质上乘。近年来，杂薰衣草育种以提高精油品质为目标，因此解析薰衣草萜类差异形成机理至关重要。科研人员运用比较基因组、等位基因特异表达、共线性推演、进化分析及假基因序列恢复等分析手段，挖掘了催化乙酸芳樟酯和乙酸薰衣草酯合成的AAT基因和催化樟脑合成的BDH基因，重构了杂薰衣草两套亚基因组及亲本基因组中的AAT和BDH的演化历史，并利用原核基因表达进行了功能验证。结果表明，宽叶薰衣草和LX-LL亚基因组中能催化乙酸芳樟酯和乙酸薰衣草酯生成的AAT基因由于转座子插入及移码发生了假基因化或丢失，导致宽叶薰衣草中不能合成这两种单萜；串联复制和DNA型转座子插入保留的多个BDH拷贝导致宽叶薰衣草中更高的樟脑积累。本研究阐明了薰衣草乙酸芳樟酯、乙酸薰衣草酯和樟脑合成及近缘种精油品质差异的分子机制，为杂薰衣草品种优化、筛选以及分子育种奠定了基础。

近日，相关研究成果在线发表在《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项（A类） 美丽中国 项目、国家、中国科学院特别研究助理项目和中国博士后科学基金的支持。