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商陸科商陸屬（Phytolacca?L.）植物，如商陸（P. acinosa?Roxb.）和非洲商陸（P. dodecandra?L'Herit），具有重要的藥用價值?！吨腥A人民共和國藥典》（2020年版）記錄，商陸藥材具有逐水消腫、通利二便、解毒散結的功效。此外，商陸屬植物含有豐富的次生代謝物質、抗菌肽和獨特的商陸抗病毒蛋白，具有抗細菌、抗真菌、抗病毒、驅蟲殺蟲等效果，是挖掘綠色農藥成分的優(yōu)良材料。同時，商陸屬植物還具有高富集和耐受錳（Mn）、鎘（Cd）、鋁（Al）和稀土元素的保守特性，在土壤修復、植物采礦等方面具有重要的應用潛力。

然而，由于商陸科植物基因組信息匱乏，分子生物學技術體系不完善，商陸屬植物上述生物學特性的遺傳基礎和分子調控機制一直缺乏系統(tǒng)和深入的研究。目前，僅有垂序商陸（P. americana?L.）基于二代和三代測序技術的兩個普通組裝基因組版本公開發(fā)表，其測序完整性和準確性都無法滿足當前對于基因組測序和組裝質量的要求。

近期，中國科學院昆明植物研究所的研究人員利用多種技術，成功測序和組裝得到二十蕊商陸（P. icosandra?L.；2n = 2x = 36）的染色體水平基因組，并結合轉錄組學和代謝組學分析，探討了其耐受和富集Cd的遺傳基礎和分子機制。

研究顯示，二十蕊商陸的基因組大小為1042.86 Mb，GC含量為38.17%，包含25756個蛋白編碼基因，組裝質量評估的BUSCO值為98.95%，LAI得分為15.45。進化分析揭示，二十蕊商陸商陸經(jīng)歷了一次近期的全基因組復制事件，其特有、顯著擴張和正選擇基因在鋅離子結合、Mn離子結合、煙草胺生物合成過程等與金屬（例如Cd和Mn）響應相關的功能類別中顯著富集。部分與進化相關的基因在Cd脅迫下顯著上調，其中擴張基因PiNAS-l顯著提高了Δycf1酵母菌株的Cd耐受性。這表明二十蕊商陸的高Cd積累特性是由進化選擇驅動的。整合生理學、轉錄組學和代謝組學分析表明，包括Cd轉運、信號轉導、木質素和黃酮類化合物生物合成以及碳水化合物代謝等關鍵過程，有助于二十蕊商陸根部Cd解毒。這些過程可能由WRKY、ERF、MYB、bHLH、bZIP?等多種轉錄因子調控。

該研究提供了首個商陸科植物染色體水平基因組，并從進化和分子角度為植物耐受和富集Cd的特性提供了新的見解。研究結果以Integrated genomic,transcriptomic,and metabolomic analyses provide novel insights into high cadmium accumulation in?Phytolacca icosandra?L.為題發(fā)表在植物學期刊Plant Physiology and Biochemistry上。李雄副研究員和金濤高級工程師為論文的共同第一作者，許建初研究員為論文的通訊作者，賈艷霞高級工程師、于冬梅副研究員、劉俊成工程師和博士研究生胡娜等多名研究人員參與了該研究。研究工作得到了中國科學院青年創(chuàng)新促進會（2022397和2020387）、云南省高原特色農業(yè)科技計劃（202302AE090023）和云南省山地農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國際聯(lián)合實驗室（202303AP140001）的資助。

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圖1?二十蕊商陸的形態(tài)特征、染色體核型和基因組大小評估

圖2?二十蕊商陸的基因組圖譜和進化分析

圖3?二十蕊商陸根部受Cd脅迫誘導的木質素合成、類黃酮合成和Cd轉運過程