Characterization of the horse chestnut genome reveals the evolution of aescin and aesculin biosynthesis

生物 基因组 基因 基因复制 生物合成 香豆素 遗传学 植物
作者
Wei Sun,Qinggang Yin,Huihua Wan,Ranran Gao,Chao Xiong,Chong Xie,Xiangxiao Meng,Yaolei Mi,Xiaotong Wang,Caixia Wang,Weiqiang Chen,Ziyan Xie,Zheyong Xue,Hui Yao,Peng Sun,Xuehua Xie,Zhigang Hu,David R. Nelson,Zhichao Xu,Xinxiao Sun,Shilin Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42253-y
摘要

Horse chestnut (Aesculus chinensis) is an important medicinal tree that contains various bioactive compounds, such as aescin, barrigenol-type triterpenoid saponins (BAT), and aesculin, a glycosylated coumarin. Herein, we report a 470.02 Mb genome assembly and characterize an Aesculus-specific whole-genome duplication event, which leads to the formation and duplication of two triterpenoid biosynthesis-related gene clusters (BGCs). We also show that AcOCS6, AcCYP716A278, AcCYP716A275, and AcCSL1 genes within these two BGCs along with a seed-specific expressed AcBAHD6 are responsible for the formation of aescin. Furthermore, we identify seven Aesculus-originated coumarin glycoside biosynthetic genes and achieve the de novo synthesis of aesculin in E. coli. Collinearity analysis shows that the collinear BGC segments can be traced back to early-diverging angiosperms, and the essential gene-encoding enzymes necessary for BAT biosynthesis are recruited before the splitting of Aesculus, Acer, and Xanthoceras. These findings provide insight on the evolution of gene clusters associated with medicinal tree metabolites.
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