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构树(Broussonetia papyrifera)属于桑科构属,多年生乔木,是我国乡土树种和先锋植物,有悠久的历史和文化,以蔡伦用它造纸而闻名天下。不但树皮和树干是造纸的优质原料,树叶还有做饲料养殖的传统。全株入药,富含黄酮类化合物;还是尾矿治理、生态绿化的理想树种。构树分布广、生长迅速、种子数量极大、基因组紧凑、表型性状丰富,因此,可作木本植物研究的模式材料。目前,有关构树的研究主要集中于造纸、药理药化、养殖以及生态绿化等应用方面,基础生物学方面的研究很少。本文运用二代和三代测序技术进行了基因组深度测序,采用Matepair文库、遗传图谱、光学图谱和HiC等手段组装得到染色体水平的构树基因组:大小为386.83Mb,99.25%的序列被定向挂载到13条染色体上,Contig N50为171.17 kb,Contig N90为38.90 kb,Scaffold N50为29.48 Mb。基因组注释结果显示,构树基因组GC含量为33.64%,重复序列为49.18%,基因总数为30512个。构树基因组至少经历了68次的染色体断裂和融合后,形成13对染色体,在大约3100万年前与桑树分开。基因家族比较分析显示:1.木质素合成基因家族收缩明显。木质素合成途径的关键酶如C3H,CAD,CCR和F5H等家族基因数量显著少于杨树、桃树或水稻,与桑树相似,而COMT的数量明显多于杨树、水稻、桑树等。构树木质素含量的减少以及木质素单体比例S/G值的提高,使得构树皮和杆中的木质素容易降解,适于造纸,也使得构树易于被动物所消化,成为饲料原料。2.黄酮合成途径基因家族显著扩张。尤其是查尔酮合成酶(CHS)基因拷贝数为16个,远超过了桃和桑树,杨树,与大豆相当,略低于葡萄和苜蓿。3.宏基因组数据显示,构树共生细菌主要为假单胞杆菌和根瘤菌,与豆科植物类似;共生真菌多为食用菌类。构树黄酮是主要的药效成分,更重要的是,黄酮还是植物共生微生物的信号分子。黄酮合成的增强非常有利于募集共生微生物,为构树的快速生长提供充足的氮素等营养元素。这也表明构树黄酮合成的增强与构树粗蛋白含量高有直接联系。由于木质素和黄酮具有共同的合成前体,构树通过基因家族的进化,在缩减木质素合成并调控木质素单体比例的同时,增强了黄酮的合成,与根瘤菌等形成共生关系,揭示了构树用于造纸、入药和饲料养殖的遗传基础,为进一步改良构树的农艺性状奠定基础。