长柄双花木(Disanthus cercidifolius subsp. longipes)属于金缕梅科，是典型的东亚植物区系成分，也是第三纪孑遗植物，属濒危植物，且被列为国家二级保护野生植物。因其叶片变色及独特的双花特征，备受园艺工作者喜爱。近日，庐山植物园保育遗传研究团队在植物学国际顶级期刊《Plant Physiology》上发表了题为“Multi-omics analyses reveal epigenetic regulation of anthocyanin biosynthesis in Disanthus cercidifoliussubsp. longipes”的研究论文，该研究成功构建了长柄双花木染色体水平的高质量基因组，并首次从表观遗传学(ATAC-seq、ChIP-seq)角度，深入解析了其叶片花青素合成的调控网络，不仅填补了该物种基因组资源的空白，更为珍稀植物的适应性进化与观赏性状改良提供了理论依据。

　　1. 绘制首张“基因图谱”：揭示进化地位与适应性扩张

　　长柄双花木由于缺乏参考基因组，其濒危机制及关键性状的遗传基础长期不甚明了。

　　本研究利用PacBio HiFi与Hi-C技术，成功组装了大小为1.05 Gb 的长柄双花木基因组，Contig N50长达121 Mb，并将99.98%的序列锚定到了8条染色体上。比较基因组学分析表明，长柄双花木与连香树(Cercidiphyllum japonicum)亲缘关系最近，二者在约8600万年前分化。研究发现，长柄双花木基因组中与黄酮类物质合成及糖基转移酶活性相关的基因家族发生了显著扩张。这些基因的扩张可能帮助其在高海拔、喜荫的生境中抵御强光、温度波动等环境胁迫，同时也为叶片呈现鲜艳的色彩奠定了遗传基础。

　　图1. 长柄双花木叶片、花和基因组特征

　　2. 多组学联用：解锁花青素合成的“表观密码”

　　花青素是决定植物叶片、花朵颜色的关键色素。虽然花青素合成的结构基因通路在多种植物中已被阐明，但其在长柄双花木中的转录调控机制，特别是表观遗传调控机制尚属未知。

　　研究团队整合了转录组(RNA-seq)、染色质开放性(ATAC-seq)及组蛋白修饰(ChIP-seq)数据，构建了长柄双花木的全基因组表观调控图谱。

　　染色质开放性：研究鉴定出45,359个染色质开放区(ACRs)，发现高表达基因通常拥有更多的ACRs。活跃的组蛋白修饰(如 H3K27ac, H3K9ac, H3K4me3)被证实是活跃调控元件的关键标志。

　　关键发现——增强子(Enhancer)的作用：这是本研究的一大亮点。团队鉴定出多个与花青素合成基因(如Dcl09116, CHI)相关的候选增强子，并通过双荧光素酶实验和酵母单杂交实验，证实了增强子E1能够招募GLK、MYB和bZIP等转录因子，从而特异性地激活花青素合成路径中关键基因的表达。

　　图2. 长柄双花木花青素合成相关增强子的鉴定

　　论文第一作者为张弋博士，通讯作者为冯晨博士，庐山植物园邱雪、胡玉芳、高浦新等参与了该工作。该研究得到了国家重点研发计划(2024YFF1307405)和江西省重点研发计划(20252BCF320039)等项目支持。

　　原文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag290