From genomics to metabolomics: Deciphering sanguinarine biosynthesis in Dicranostigma leptopodum

基因组 生物 计算生物学 遗传学 血桂碱 基因 顺序装配 爸爸 基因组学 罂粟 苄基异喹啉 基因复制 转录组 植物 基因表达 生物碱 生物合成
作者
Weixiao Lei,Hui Zhu,Man Cao,Feng Zhang,Qing Lai,Shengming Lu,Wenpan Dong,Jiahui Sun,Dafu Ru
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:257: 128727-128727 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.128727
摘要

Dicranostigma leptopodum (Maxim) Fedde (DLF) is a renowned medicinal plant in China, known to be rich in alkaloids. However, the unavailability of a reference genome has impeded investigation into its plant metabolism and genetic breeding potential. Here we present a high-quality chromosomal-level genome assembly for DLF, derived using a combination of Nanopore long-read sequencing, Illumina short-read sequencing and Hi-C technologies. Our assembly genome spans a size of 621.81 Mb with an impressive contig N50 of 93.04 Mb. We show that the species-specific whole-genome duplication (WGD) of DLF and Papaver somniferum corresponded to two rounds of WGDs of Papaver setigerum. Furthermore, we integrated comprehensive homology searching, gene family analyses and construction of a gene-to-metabolite network. These efforts led to the discovery of co-expressed transcription factors, including NAC and bZIP, alongside sanguinarine (SAN) pathway genes CYP719 (CFS and SPS). Notably, we identified P6H as a promising gene for enhancing SAN production. By providing the first reference genome for Dicranostigma, our study confirms the genomic underpinning of SAN biosynthesis and establishes a foundation for advancing functional genomic research on Papaveraceae species. Our findings underscore the pivotal role of high-quality genome assemblies in elucidating genetic variations underlying the evolutionary origin of secondary metabolites.
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