山桐子是我国本土特有木本油料树种，果实含油量高，富含亚油酸等不饱和脂肪酸，具有“树上油库”的美誉。山桐子树可种植于非耕地、边际土地以及林地等，培育高品质山桐子种质资源，对保障国家粮食安全具有重要意义。

国家植物园（南园）王雷研究组通过解析山桐子染色体级别基因组，结合山桐子多组织和器官的转录组数据，系统阐述了山桐子的基因组特征。发现其基因组大小约为1.21 Gb，由21条染色体组成，包含42086个蛋白编码基因。基于核基因组系统进化树分析，发现山桐子与杨树亲缘关系紧密，应归属为杨柳科，而不是传统上认为的大风子科。基因组进化分析发现山桐子与杨树大约在1628万年前发生分化。但与杨树相比，山桐子基因组脂肪酸合成酶基因具有显著扩张；且脂肪酸合成基因如催化亚油酸合成的脂肪酸去饱和酶FAD2在果实中高度表达，这也在一定程度上解释了山桐子果实高含油量以及亚油酸含量较高的原因。进一步对来自北京、四川、陕西和西藏等地的42份山桐子种质的果实含油率进行全基因组关联分析，并结合转录组数据，鉴定到一个可能影响果实含油率、其编码为蔗糖转运蛋白的关键基因IpSTP5。基于山桐子果实病毒诱导基因沉默（Virus-Induced gene silencing, VIGS）技术体系，发现IpSTP5基因沉默可导致果实含油率和亚油酸含量显著下降。同时，还鉴定到一个影响山桐子果实大小的基因IpTGW6，并发现该基因在果实中的沉默可导致果实膨大受阻。这些关键基因的发掘为山桐子优良品种选育提供了理论依据，相关基因及其分子标记的应用已经申请了多项国家专利。

该研究成果于3月6日在线发表于国际学术期刊Cell Reports。国家植物园（南园）助理研究员左毅、中国农业科学院深圳基因组所博士后刘红兵、国家植物园（南园）工程师李彬为论文共同第一作者，王雷研究员为通讯作者。中国科学院北京基因组研究所汪敏先研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所梁承志研究员等也参与了部分研究工作。该研究得到了国家盐碱地综合利用技术创新中心院士工作站项目和中国科学院乡村振兴项目等的资助。

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124724002377

山桐子基因组特征、系统进化、含油率全基因组关联分析以及候选基因的鉴定