近日，园艺学院苹果抗逆与品质改良创新团队马锋旺教授/赵涛教授课题组在NewPhytologist在线发表题为“Genomic investigation of plant secondary metabolism: insights from synteny network analysis of oxidosqualene cyclase flanking genes”的研究论文。在读博士生李昊宸为论文第一作者，马锋旺教授、赵涛教授和孙亚强副教授为论文共同通讯作者。

该研究以染色体上位于目标基因两侧的基因（侧翼基因）为研究对象，开发了共线性近邻网络（Synteny Neighbourhoods Network，SNN）分析流程，并以植物三萜代谢关键基因—氧化鲨烯环化酶（OSC）为例，系统分析了OSC不同亚家族基因在122个代表性被子植物基因组中所伴随的独特的侧翼基因。通过对多个物种中代谢基因侧翼区域变化的比较与分析，可以更全面地理解生物合成基因簇（biosynthetic gene clusters，BGCs）的形成及其分布机制。

图1 邻域共线性网络分析流程

研究发现不同谱系植物的OSC侧翼基因替换速率存在差异，相较于十字花科植物，蔷薇科植物OSC侧翼基因具有更低替换速率。通过将OSC邻域共线性网络与系统发育分析相结合，发现被子植物中OSC在新功能化的同时伴随着侧翼基因的改变。通过核心网络的筛选确定了多个与OSC存在保守位置关系的基因家族，其中包括被证明为三萜骨架修饰酶的CYP716家族，进一步的分析显示OSC与CYP716在染色体上邻接的现象发生在基部真双子叶植物的共同祖先中。通过将网络聚类信息转化为特征矩阵进行计算，实现了共线性区块特异性的量化，并发现已报到的BGCs普遍存在于高度特异的共线性区块中。通过对邻域共线性网络的信息进行整合，对葫芦科和十字花目中OSC相关BGCs的组装过程进行了追溯。本研究为植物OSC进化以及生物合成基因簇的组装提供了新的见解，并为比较基因组学的研究提供了新的工具。

图2 共线性区块特异性的量化以及在BGC挖掘中的应用

该研究得到了国家重点研发（2023YFD1202400），国家自然科学基金（32102338）和中央高校基本科研业务费的支持（2452021133）。同时该研究也得到了我校高性能计算平台的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.20357