近日， 福建农林大学基因组与生物技术研究中心张亮生教授课题组发表了题为“The water lily genome and the early evolution of flowering plants”的研究论文，该项研究成果于2019年12月19日在国际顶尖学术刊物《自然》（Nature）上以长文在线发表。福建农林大学是第一作者单位和通讯作者单位。张亮生教授是该论文的第一作者和唯一通讯作者，共同第一作者有南京农业大学陈飞，福建农林大学张兴坦，比利时根特大学 Zhen Li，复旦大学赵义勇。张亮生教授，南京农业大学陈飞博士和陈峰教授是共同指导作者。
张亮生教授领导的团队使用第三代测序技术获得了45G数据，使用 CANU 软件进行组装，获得了409 M睡莲基因组。进一步用 HIC 技术辅助组装，使睡莲基因组的 Scaffold N50 达 27.2M，95.64%的序列锚定到 14 条染色体上，达到了染色体水平。共注释基因 31580 个，miRNA 数目 124 个。通过系统发育树组分析显示睡莲和无油樟属于早期被子植物类群，支持无油樟是最早的被子植物类群。由于有了睡莲基因组，加上无油樟，以及单子叶和真双子叶进行祖先关系重构。通过更多的被子植物基因组和转录组序列来构建被子植物的进化关系，选择了 44 个测序的基因组，71 个被子植物的转录组数据，包括被子植物主要类群,获得了主要被子植物类群的进化关系。研究结果支持无油樟属于被子植物最外面类群，其次是睡莲目；同时支持木兰类靠近核心双子叶；石竹目靠近蔷薇类群；葡萄靠近蔷薇类群。
通过基因组分析明显看到睡莲基因组很多基因有共线性关系，显示睡莲发生过基因组加倍（多倍化）。根据 Ks 估计，这次基因组加倍事件的 Ks 峰在 1 左右，属于古老的基因组加倍(多倍化)事件。通过与睡莲科其它物种转录组数据比较，这次基因组加倍事件至少发生在睡莲科之前。利用莼菜转录组数据进行比较分析，发现其有可能是发生在莼菜科之前，是整个睡莲目祖先的基因组加倍事件。
通过液相气谱分析，发现花青素合成通路末端生成的没食子酰和乙酰修饰的半乳糖苷飞燕草素是蓝色花瓣的的重要成分。通过与已知的花青素合成途径基因进行比较分析，推测出了睡莲的花青素合成途径基因。课题组获得蓝星睡莲自然条件变异种，白色蓝星睡莲，其花瓣是白色的。通过对白色蓝星的白色花瓣和蓝色花瓣进行比较分析，发现参与花青素合成途径中有两个基因在蓝色花瓣中特异高表达，而在白色花瓣表达很低或不表达。这两个基因刚好位于花青素合成途径最后两个环节，推测这两个基因编码蛋白可能是催化生成蓝色花青素重要酶。
在整个开花植物的花色谱系中，蓝色系花卉稀有，蓝色花瓣很漂亮，因此世界上大量的园艺育种工作者都将蓝色花卉的新品种选育作为花卉育种目标和研究重点。该团队的研究对象蓝星睡莲是研究和鉴定蓝色花瓣中关键基因的好材料。
张亮生教授领导的合作团队获得了蓝星睡莲的高质量基因组。由于睡莲独特的进化位置，其基因组与转录组结果展示了早期开花植物的进化特点和特征；同时解析了睡莲的花器官发育和花香花色调控基因，对园艺育种等应用具有重要参考价值。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1852-5
