金盏花基因组与细胞遗传学解析：揭示代谢通路与多倍体进化的分子机制

本研究针对药用植物金盏花(Calendula officinalis L.)基因组信息缺失的问题，通过整合细胞遗传学与高通量测序技术，首次完成其叶绿体全基因组测序(150,465 bp)，鉴定出32条染色体和4个核仁组织区(NOR)位点，证实栽培种为四倍体(2n=4x=32)。研究揭示了199个rRNA、4,138个tRNA等基因组特征，并解析了参与芦丁合成的6个关键基因(F3H/CHI/CHS等)，为 Asteraceae 科植物进化研究和药用成分开发提供重要分子基础。相关数据已提交NCBI(登录号JARQZI000000000/OQ515449)。

　　

在传统医学和现代园艺领域，金盏花(Calendula officinalis L.)因其富含黄酮类、多酚等药用成分而备受关注。然而这个具有重要经济价值的物种长期面临基因组信息缺失的困境——其染色体数目存在争议性报道(2n=28或32)，叶绿体基因组结构未知，导致分类地位模糊；更关键的是，控制芦丁(rutin)等活性成分合成的分子机制尚未阐明。这种认知空白严重制约了该物种的遗传改良和药用价值开发。

为解决这一系列问题，莫哈格赫·阿尔达比里大学农业与自然资源学院园艺科学系的研究团队开展了系统性研究。通过整合细胞遗传学分析与高通量测序技术，首次绘制出金盏花完整的基因组图谱，相关成果发表在园艺学权威期刊《Scientia Horticulturae》上。

研究采用Illumina Novaseq 6000平台完成全基因组测序，使用CLC Genomic Workbench进行序列组装，以Smallanthus sonchifolius基因组为参考进行注释。样本来自伊朗种子与植物改良研究所的TN-82-766品系，通过根尖压片技术观察染色体，并采用改良的Lewitsky溶液固定法制备细胞分裂相。

【染色体计数】

细胞遗传学分析揭示栽培种TN-82-766具有32条染色体，其中4条携带明显的核仁组织区(NOR)。这种四倍体特征(2n=4x=32)表明该品系可能源于两个不同二倍体祖先的杂交，为解释金盏花属内染色体数目变异(7-44条)提供了新证据。

【核基因组测序】

768,031,486条原始测序读数经质控后组装获得264,451个重叠群，其中N50值为6,613 bp。基因注释发现8,061个基因，包括199个rRNA、4,138个tRNA和2,084个编码序列(CDS)。特别值得注意的是，通过GO分析鉴定出4,423个与催化活性相关的基因，涉及转移酶(175个)和激酶(78个)等关键功能类别，这些基因可能参与次生代谢调控。

【芦丁合成通路】

首次鉴定出芦丁生物合成途径中6个关键基因的完整序列：苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羟化酶(C4H)、4-香豆酰辅酶A连接酶(4CL)、查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)和黄烷酮-3-羟化酶(F3H)，其登录号(ON364103.1等)已提交GenBank。这些发现为通过基因工程提高芦丁产量奠定基础。

【叶绿体基因组】

150,465 bp的叶绿体基因组呈现典型四段式结构：大单拷贝区(LSC,83,276 bp)、小单拷贝区(SSC,17,911 bp)和两个反向重复区(IR,24,639 bp)。共注释132个基因，包括86个蛋白编码基因和38个tRNA基因，其中psbA等光合系统II基因的鉴定为研究环境适应性提供线索。

【系统发育分析】

基于叶绿体基因组构建的系统发育树显示，金盏花与同属的C. arvensis遗传相似度达100%，但与向日葵(Helianthus annuus)亲缘较远，这一发现修正了既往分类观点，证实菊科植物的进化关系比预期更复杂。

这项研究首次从多组学层面解析了金盏花的遗传特征：细胞遗传学证据支持其四倍体起源假说；全基因组测序填补了该物种分子标记的空白；芦丁合成通路基因的鉴定为药用成分开发提供靶点。特别值得注意的是，研究中开发的改良染色体显带技术可有效识别NOR位点，这对其他多倍体植物的倍性鉴定具有方法论意义。提交NCBI的基因组数据(GCA_029618835.1)将成为后续比较基因组学研究的重要参考，而发现的微卫星标记可用于品种鉴定和遗传多样性分析。这些突破性进展不仅深化了对菊科植物进化的理解，更为金盏花的分子育种和药用成分合成生物学研究开辟了新途径。