肥胖及其引起的并發癥已越來越受到社會的重視,攝入過多的糖是誘發肥胖的主要原因之一,在食品中添加一定數量的甜味劑可以有效降低其糖含量。相對于阿斯巴甜、安賽蜜、三氯蔗糖等人造甜味劑,消費者更青睞植物源的天然甜味劑。甜菊糖苷是目前最理想的天然甜味劑,它是從菊科植物甜菊(Stevia rebaudiana Bertoni)葉片中提取的多種四環二萜類糖苷組分的總稱。甜菊糖苷具有高甜度(蔗糖甜度的150-300倍)、低熱量等特性,食用后血糖濃度不會增加,目前已經作為代糖廣泛應用于食品飲料和藥品中。中國是甜菊種植大國,種植面積占全球總種植面積的80%以上。

  為更深刻認識甜菊糖苷合成相關基因的調控網絡,江蘇省中國科學院植物研究所鳶尾甜菊課題組以自主培育的高產栽培甜菊品種‘中山7號’為測序材料,采用PacBio三代測序技術,以及Illumina二代數據糾錯和Hi-C測序進行序列掛載,首次組裝了甜菊染色體級高質量基因組。組裝的參考基因組大小為1.42 Gb,雜合度為0.43%,注釋獲得44,143個蛋白質編碼基因。基因組進化分析揭示了甜菊基因組在gamma 全基因組三倍化事件后,還經歷了兩次全基因組多倍化事件(WGT-1, ~45.5–51.5 Mya;WGD-2, ~32.1 Mya)。比較基因組學研究表明次生代謝相關基因,特別是萜類骨架合成及其修飾相關基因在甜菊基因組中發生擴張。研究人員利用上述甜菊基因組信息鑒定出參與甜菊糖苷生物合成的結構基因并分析這些基因在不同組織部位中的表達模式,推測出合成甜菊糖苷的異戊二烯五碳單元主要來自于MEP途徑。相關結果為甜菊遺傳改良以及甜菊糖苷合成及調控提供了重要的理論基礎。

  上述研究成果近日以“The chromosome-level Stevia genome provides insights intosteviol glycoside biosynthesis”為題發表于SCI期刊Horticulture Research上。該研究得到了國家自然科學基金(31701497,31601371),江蘇省自然科學基金(BK20160600,BK20180312)等項目的資助。

  該論文詳細信息見 https://www.nature.com/articles/s41438-021-00565-4

圖1 甜菊基因組進化分析

圖2 甜菊糖苷合成路徑及其合成基因的表達

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