Entschlüsselung des Chemodiversitäts-Blaupauses: Chromosomen-skalierte Genomassemblierung enthüllt die Koordination von Photosynthese und Terpenoidproduktion in Cinnamomum burmanni durch genomische und miRNA-regulatorische Netzwerke

Das komplexe Zusammenspiel zwischen photosynthetischer Effizienz und Terpenoidbiosynthese in Pflanzen bleibt ein zentraler, aber wenig erforschter Bereich in der Forschung zum sekundären Metabolismus. Diese Studie erläutert die physiologischen und molekularen Mechanismen, die dieser Synergie in Cinnamomum burmanni, einer chemisch vielfältigen Lauraceae-Spezies, zugrunde liegen, durch einen Multi-Omics-Ansatz. Ein qualitativ hochwertiges Chromosomen-niveau Genom von C. burmanni (1.14 Gb, Scaffold N50: 94.90 Mb) wurde assemblierte, und evolutionäre Analysen zeigten artspezifische Genfamilienexpansionen, insbesondere in den Biosynthesewegen von Mono-, Sesquiterpenen und Diterpenen. Vergleichende Analysen der photosynthetischen Merkmale über Chemotypen hinweg zeigten, dass der Borneol-Typ eine überlegene photosynthetische Fähigkeit aufweist, die durch eine erhöhte netto-photosynthetische Rate, Transpirationsrate, stomatale Leitfähigkeit, interzelluläres CO2, Karboxylierungseffizienz und nicht-photochemische Abschaltung gekennzeichnet ist. Der Phänotyp ist mit hochreguliertem Chlorophyllmetabolismus, Regulatoren der Carotinoidbiosynthese und verbesserten Lichtaufnahme-komplexen und Photosystem-Komponenten verbunden, die die Umwandlung von Lichtenergie optimieren. Mechanistisch moduliert die photosynthetische Aktivität den Vorläuferfluss in Terpenoidwege durch die Regulation von geschwindigkeitsbestimmenden Enzymen. Darüber hinaus unterstützen linien-spezifische Expansionen von Terpen-Synthase- und Isopentenyl-Diphosphat-Synthase-Genfamilien die spezialisierte Terpenoidproduktion. Ein post-transkriptionales regulatorisches Netzwerk, das 14 miRNAs (z.B. miR396, miR2950) umfasst, wurde identifiziert, die koordinativ 11 Schlüsselgene sowohl in der Photosynthese als auch in der Terpenoidsynthese anvisieren, was auf eine doppelte Rolle bei der metabolischen Feinabstimmung hindeutet. Diese Arbeit erweitert das Verständnis der evolutionären und physiologischen Integration von Photosynthese und sekundärem Metabolismus in aromatischen Pflanzen und bietet eine genomische Grundlage für biotechnologische Anwendungen in der Metabolitsynthese und Chemotypzucht.