杜仲（Eucommia ulmoides）隶属于杜仲科杜仲属，是在我国大部分地区均可栽培的多用途经济树种。其作为名贵的中药材，叶片内含有绿原酸、桃叶珊瑚苷、京尼平苷酸等70多种活性成分，具有降低血压、血糖以及提高免疫力和抑癌等功效。在国家自2020年起限制使用含抗生素及促生长类药物饲料添加剂之后，杜仲叶粉等又可作为抑菌和增强免疫力的饲料添加剂原料使用，市场空间巨大。此外，杜仲还是极具潜力的温带胶源树种，利用杜仲胶的热塑、热弹、共混等特性，开发新型功能材料具有低温可塑、抗撕裂、耐磨、防腐蚀、透雷达波、储能吸能、减震、形状记忆等功能，市场潜力巨大。
选育含胶量和药效成分含量更高的新品种并应用于生产，成为杜仲可持续遗传改良及其产业化必然面对的课题。而高质量基因组的组装及注释，是推动杜仲胶、药等性状相关遗传基础研究以及分子设计育种的重要基础。
该研究通过诱导孤雌生殖获得了杜仲单倍体（2n="X=17）材料，以克服二倍体因高度杂合性而导致基因组组装困难的问题。进而采用PacBio长测序和Hi-C技术，将约947.86" Mb的基因组序列挂载到了17条假染色体上，获得了杜仲高质量的染色体级基因组组装和功能注释，基因组图谱在组装的连续性、准确性与完整性上均得到了极大的提升，其Contig N50和Scaffold N50分别达到11.15Mb和53.15Mb；基因组未分类长末端重复序列比例和序列间隙数量低至3%和128。通过对单倍体参考基因组序列分析发现，在上新世（5.33～2.58 Mya），其长末端重复序列（LTRs）已经在杜仲基因组中激活、扩展以响应环境变化。基于单拷贝基因家族蛋白序列构建系统发育树，支持杜仲属于唇形类植物分类群。证明杜仲在发生真双子叶植物共有的γ多倍化事件之后，还经历过一次独立的全基因组多倍化事件。同时解析杜仲胶和绿原酸生物合成相关基因家族以及控制次生代谢产物生物合成相关转录因子发现，与橡胶树和橡胶草生产顺式聚异戊二烯主要依赖于甲羟戊酸（MVA）途径相比，杜仲的反式聚异戊二烯初始合成可能更依赖2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）途径等。
据悉，北京林木分子设计育种高精尖创新中心康向阳团队还在杜仲三倍体育种方面取得突破，选育出生长快、叶片巨大，且杜仲胶以及绿原酸等药效活性成分含量高的‘京仲1号’等8个三倍体新品种，显示了巨大的开发潜力。三倍体新品种更适合采取条林密植化栽培、机械化平茬采收、分部位综合利用的产业化原料生产模式。其中，采取条林密植化栽培，可实现当年栽培，当年收获，当年见效；机械化平茬平茬、脱皮、脱叶采收、可降低劳力成本以及规模生产时的雇工短缺限制，节支增效；分部位综合利用——叶脉和树皮制胶制药、叶肉制作饲料添加剂、茎杆制作重组木，可有效分摊成本，做到“一份原料，多重收益”，已经开始产业化推广应用。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41438-020-00406-w
