近日，广西林科院森林经营研究所在国际知名期刊《Plants》和《BMC Plant Biology》相继发表重磅研究成果，首次完成了香合欢（Albizia odoratissima）染色体水平的高质量基因组组装，并通过转录组与代谢组联合分析，系统揭示了该树种应对干旱胁迫的分子机制，为干热河谷植被恢复与耐旱树种遗传育种提供了关键科学支撑。该成果由广西林科院韦铄星博士带领的香合欢研究团队历时5年完成，主要依托广西重点研发计划项目（桂科AB24010090）和广西面上基金项目（2025GXNSFAA069945）。
一、基因组组装实现“零的突破” 奠定研究基础
香合欢作为我国南方亚热带、热带地区的重要豆科树种，兼具生态固氮、水土保持和优质用材等多重价值，尤其在干热河谷地区的耐旱适应性备受关注。但长期以来，缺乏高质量参考基因组成为制约其分子研究的瓶颈。
该成果利用三代 HiFi 测序和 Hi-C 技术，成功组装出香合欢全长约 719.88 Mb 的基因组，contig N50 高达 53.74 Mb，其中 98.58% 的基因序列被精准锚定到 13 条假染色体上（图 1）。基因组注释显示，该物种包含 31457 个蛋白编码基因，96.96% 的保守基因完整存在，还鉴定出 2027 个 rRNA、598 个 tRNA 等非编码 RNA 及 190 个假基因。
Fig. 1. A. odoratissima genome assembly and characteristics of superior quality. A: Photograph of A. odoratissima.The five photographs at the bottom depict, from top to bottom, fruits, flowers, lateral branches, seeds, and resolved wood. B: The Hi-C interaction heatmap plot of A. odoratissima genome. C: The genomic feature circle map of A. odoratissima. D: Contig-level genomic statistics of A. odoratissima.
图 1 香合欢基因组组装核心特征。A 为香合欢植株及果实、木材等形态；B 为 Hi-C 交互热图，展示染色体间相互作用；C 为基因组特征圈图；D 为组装统计数据，凸显高完整性和准确性。
值得关注的是，进化分析表明香合欢经历了被子植物古三倍体事件，最近一次全基因组复制事件发生在约 6290 万年前，与其他豆科植物共享关键进化节点。该基因组还包含 1420 个特有基因家族，主要富集于二萜生物合成、硒化合物代谢等与抗逆相关的通路，为解析其耐旱特性提供了重要遗传线索。
二、多组学揭秘耐旱机制-生理与分子协同发力
在基因组基础上，团队进一步开展干旱胁迫实验，通过转录组、代谢组联合分析，捕捉香合欢的耐旱“应急响应”。研究发现，随着干旱时长延长，香合欢叶片呈现出清晰的适应性变化：叶绿素含量和光合效率下降，气孔导度降低以减少水分流失；同时，丙二醛（MDA）含量升高，过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性显著增强，脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量分别激增 2217.81%、49.01% 和 20.07%，通过渗透调节和抗氧化系统抵御干旱损伤（图2）。
图2 基于生理生化及组学联合构建香合欢干旱胁迫响应机制
注：红色箭头表示升高，绿色箭头表示降低。
分子层面，研究鉴定出 1194 个差异表达基因（DEGs）和 371 个差异积累代谢物（DAMs），主要集中在氨基酸和生物碱代谢通路。其中，AoproA、AoOAT 基因的上调促进了精氨酸和脯氨酸的积累，AoAOC3 基因表达增强推动了尸胺、哌啶等生物碱合成，这些物质共同提升细胞渗透压和抗氧化能力。而在类黄酮代谢通路中，关键基因 AoANS（Aod07G019900）在干旱 10 天时特异性上调，促进表儿茶素合成，有效清除活性氧（ROS），进一步强化耐旱性（图3）。
Fig.3. Analysis of flavanol metabolism pathways of A. odoratissima under drought stress. *: significant differences between the control group and the drought-treated group at 10d or 20d.
图3 香合欢干旱胁迫下类黄酮代谢通路。* 表示处理组与对照组存在显著差异，展示了关键基因与代谢物的动态变化关系。
此外，加权基因共表达网络分析（WGCNA）还筛选出 MYB、bHLH、WRKY 等家族的关键转录因子，它们通过调控下游抗逆基因表达，构成香合欢耐旱的分子调控网络。
三、四大创新亮点引领树种抗逆研究新方向
首次完成染色体级基因组组装：首次完成香合欢染色体级基因组组装，打破该物种长期缺乏高质量参考基因组的困境，为豆科植物进化、固氮机制及抗逆基因挖掘提供了优质参考资源。
多组学整合解析分子机制：首次系统揭示了氨基酸、生物碱和类黄酮代谢通路协同作用的耐旱模式，明确了关键基因和代谢物的功能，弥补了豆科植物次生代谢与抗逆关联研究的空白。
鉴定核心抗逆靶点：发现的 AoproA、AoOAT、AoANS 等关键基因及 MYB、bHLH 转录因子，为分子育种提供了精准靶点，解决了香合欢耐旱品种培育的技术瓶颈。
多维度抗逆机制：整合基因组、转录组、代谢组多维度数据，构建“基因型 - 表型 - 环境” 的关联网络，为非模式树种抗逆机制研究提供了可复制的技术范式。
四、研究意义深远助力生态保护与产业发展
填补物种研究空白，深化抗逆进化认知。香合欢作为豆科合欢属常绿大乔木，是我国南方低海拔地区的重要生态与经济树种，其木材坚硬致密，可用于家具制造与建筑用材，树皮含 12-15% 单宁可作栲胶原料，根部入药具有清热解毒功效。该研究首次为该物种提供了完整的遗传密码本，其黄酮代谢通路的抗旱机制，也为理解豆科植物适应干旱环境的进化策略提供了全新视角。
赋能良种选育，破解林业生产痛点。我国南方地区季节性干旱频发，香合欢作为荒山造林、水土保持的优选树种，其抗旱良种的缺乏一直制约着产业发展。研究发现的关键基因与黄酮类代谢物可作为分子标记，应用于“分子标记辅助育种”，将缩短传统育种周期，精准筛选抗旱性强的优良单株。这一技术突破可显著提高香合欢造林成活率，降低干旱胁迫造成的经济损失，对保障林业产业可持续发展、助力乡村振兴具有重要实践价值。
此次香合欢研究的双重突破，不仅是基础科研领域的重要进展，更搭建了“基因组资源-分子机制-育种应用”的桥梁。随着抗旱良种的培育与推广，未来香合欢将在南方生态修复、特色林业产业发展中发挥更大作用，为应对气候变化、保障生态安全提供有力支撑。
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