A chromosome-scale genome assembly of Artemisia argyi reveals unbiased subgenome evolution and key contributions of gene duplication to volatile terpenoid diversity

基因复制 生物 基因组 基因 基因家族 比较基因组学 系统发育树 青蒿 遗传学 基因组学 青蒿素 免疫学 疟疾 恶性疟原虫
作者
Hongyu Chen,Miaoxian Guo,Shuting Dong,Xinling Wu,Guobin Zhang,He Liu,Yuannian Jiao,Shilin Chen,Li Li,Hongmei Luo
出处
期刊:Plant communications [Elsevier]
卷期号:4 (3): 100516-100516 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.xplc.2023.100516
摘要

Artemisia argyi Lévl. et Vant., a perennial Artemisia herb with an intense fragrance, is widely used in traditional medicine in China and many other Asian countries. Here, we present a chromosome-scale genome assembly of A. argyi comprising 3.89 Gb assembled into 17 pseudochromosomes. Phylogenetic and comparative genomic analyses revealed that A. argyi underwent a recent lineage-specific whole-genome duplication (WGD) event after divergence from Artemisia annua, resulting in two subgenomes. We deciphered the diploid ancestral genome of A. argyi, and unbiased subgenome evolution was observed. The recent WGD led to a large number of duplicated genes in the A. argyi genome. Expansion of the terpene synthase (TPS) gene family through various types of gene duplication may have greatly contributed to the diversity of volatile terpenoids in A. argyi. In particular, we identified a typical germacrene D synthase gene cluster within the expanded TPS gene family. The entire biosynthetic pathways of germacrenes, (+)-borneol, and (+)-camphor were elucidated in A. argyi. In addition, partial deletion of the amorpha-4,11-diene synthase (ADS) gene and loss of function of ADS homologs may have resulted in the lack of artemisinin production in A. argyi. Our study provides new insights into the genome evolution of Artemisia and lays a foundation for further improvement of the quality of this important medicinal plant.

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