“小柠条，大产业”，作为我国北方旱区重要的乡土灌木，柠条不仅服务于“三北”生态工程建设，而且是旱寒区家畜重要的优质饲草来源。这一生态守护者正催生出集种质创新、种苗培育、耐逆机制、灌木平茬、饲料加工、畜牧养殖于一体的柠条全生命周期绿色产业链，成为旱寒区兼具生态修复、经济价值与社会效益的典范物种。然而，现阶段对于这一重要灌木饲草的基础生物学研究十分滞后，严重制约了其育种、改良和深度利用的进程。

近日，兰州大学生态学院、草种创新与草地农业生态系统全国重点实验刘建全教授团队的武生聃青年研究员与内蒙古农业大学李国婧教授、浙江大学陈铭教授等多家单位的科研人员合作在国际知名植物学期刊《The Plant Journal》上发表了题为“Genomic insights into drought adaptation of the forage shrub Caragana korshinskii (Fabaceae) widely planted in drylands”的研究论文。该研究解码了柠条的染色体水平参考基因组序列，搭建了该物种的组学数据库平台，揭示了其能够适应极端干旱生境的遗传基础。

研究团队利用三代长读长测序技术，组装完成了约1.35 Gb的柠条染色体级别参考基因组，并注释到了36,219个蛋白质编码基因；为使该数据能更好地服务于旱寒区科研工作者和助力柠条的功能基因组学研究，合作团队搭建了柠条的组学数据库分析平台CakorDB（图1，https://bis.zju.edu.cn/cakordb/home/）。

图1. 柠条组学数据库平台

为了解析何种遗传改变赋予了柠条在广袤旱寒区极强的适应能力，研究者通过一系列比较和进化基因组学分析发现：柠条所在的锦鸡儿属未发生过属水平的全基因组复制事件，但是串联重复扩增在该物种的适应性进化中起到了关键作用。特别是早期光诱导蛋白early light-induced protein （ELIP）、热激蛋白heat shock protein 100（HSP100）和脱水蛋白Dehydrin (DHN)等参与细胞保护和修复的关键基因家族通过串联重复显著扩增，使柠条具备了类似于复苏植物的基因组特质。作为非模式木本物种，柠条基因功能实验开展起来较为困难，但是研究团队经过长期摸索、克服困难，在柠条中建立了瞬时过表达和VIGS基因沉默体系，并对上述串联重复扩增的DHN基因家族成员进行了两种方法的功能验证，结果一致表明：关键基因的扩增及高表达可以显著提高柠条的抗旱能力（图2）。上述关键抗旱基因也授权国家发明专利（ZL 2022 1 0170310.2, ZL 2022 1 0169543.0）

图2. 柠条串联扩增的DHN基因及功能验证

本研究不仅为旱寒区灌木饲草柠条提供了基因组学数据资源和平台，而且揭示了其干旱适应的遗传基础和分子机理，为后续柠条的生物学问题深入研究、遗传改良、新品种培育和生态产业发展提供了坚实的基础。

本论文由兰州大学武生聃青年研究员和内蒙古农业大学李国婧教授合作主导完成。武生聃青年研究员、李国婧教授、刘建全教授为论文的共同通讯作者，兰州大学生态学院研究生梅峰源和内蒙古农业大学生命科学学院杨天瑞博士为论文共同第一作者。浙江大学陈铭教授、晁好瑜博士在数据库搭建方面做出了重要贡献；兰州大学研究生武晶晶和马小惠、内蒙古农业大学杨杞博士、研究生宋丽和王倩、西北师范大学付新星副教授在数据分析和分子生物学实验方面做出了贡献。兰州大学方向文教授、任广朋教授、内蒙古农农业大学王瑞刚教授、葛根图教授和高翠萍教授、中国林科院齐力旺研究员等在不同方面参与和支持了该项目的研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、内蒙古自然科学基金以及内蒙古自治区和甘肃省科技计划项目的支持，也得到了兰州大学超算中心的计算支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/tpj.17255