High-resolution genome mapping and functional dissection of chlorogenic acid production in Lonicera maackii

绿原酸 生物 烟草 生物合成 O-甲基转移酶 莽草酸 生物化学 基因组 基因 转录组 植物 遗传学 甲基转移酶 基因表达 甲基化
作者
Ruili Li,Jing Xu,Zengxing Qi,Shiwei Zhao,Ran Zhao,Yanrui Ge,Ruofan Li,Xiuya Kong,Zhenying Wu,Xi Zhang,Qizouhong He,Yan Zhang,Pingli Liu,Lei Zhu,Jian‐Feng Mao,Chunxiang Fu,George Komis,Paul Grünhofer,Lukas Schreiber,Jinxing Lin
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:192 (4): 2902-2922 被引量:13
标识
DOI:10.1093/plphys/kiad295
摘要

Amur honeysuckle (Lonicera maackii) is a widely used medicinal plant of the Caprifoliaceae family that produces chlorogenic acid. Research on this plant mainly focuses on its ornamental value and medicinal compounds, but a reference genome sequence and molecular resources for accelerated breeding are currently lacking. Herein, nanopore sequencing and high-throughput chromosome conformation capture (Hi-C) allowed a chromosome-level genome assembly of L. maackii (2n = 18). A global view of the gene regulatory network involved in the biosynthesis of chlorogenic acid and the dynamics of fruit coloration in L. maackii was established through metabolite profiling and transcriptome analyses. Moreover, we identified the genes encoding hydroxycinnamoyl-CoA quinate transferase (LmHQT) and hydroxycinnamoyl-CoA shikimic/quinate transferase (LmHCT), which localized to the cytosol and nucleus. Heterologous overexpression of these genes in Nicotiana benthamiana leaves resulted in elevated chlorogenic acid contents. Importantly, HPLC analyses revealed that LmHCT and LmHQTs recombinant proteins modulate the accumulation of chlorogenic acid (CGA) using quinic acid and caffeoyl CoA as substrates, highlighting the importance of LmHQT and LmHCT in CGA biosynthesis. These results confirmed that LmHQTs and LmHCT catalyze the biosynthesis of CGA in vitro. The genomic data presented in this study will offer a valuable resource for the elucidation of CGA biosynthesis and facilitating selective molecular breeding.
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