大麻（Cannabis sativa L.）为大麻科、大麻属，一年生草本植物，又名火麻、汉麻、线麻等。它是一种二倍体（2n=20）植物，由9条常染色体和一对性染色体组成。其栽培历史悠久，在食品、医药、纺织、造纸等多个领域被广泛使用。大麻起源于中国，主要分布在亚洲及欧洲等地，最早可追溯到6000年前，是世界上最古老的栽培经济作物之一。根据用途和大麻素含量，大麻可分为纤用型（工业大麻）、籽用型（油用型）、药用型等。籽用大麻种子产量高，含油量可达32%以上。籽用大麻食用油中不饱和脂肪酸的含量约为90%，其中必需脂肪酸的含量约80%。还含有丰富Omega-3脂肪酸和维生素E。
2023年9月15日，滚球体育·（中国）股份有限公司麻类研究室张立武教授联合该校基因组中心Ray Ming教授在国际植物科学著名期刊《Plant Communications》（《植物通讯》）在线发表了题为“The reference genome of seed hemp (Cannabis sativa) provides new insights into fatty acid and vitamin E synthesis”的论文。该研究绘制了籽用大麻的染色体水平参考基因组，并解析了籽用大麻种子中脂肪酸和维生素E合成途径的关键基因。
该论文以榆社火麻为材料，结合PacBio和Hi-C测序，组装了高质量籽用大麻参考基因组，其基因组大小为794 Mb，contig N50和scaffold N50的大小分别为7.3和84.6 Mb。不同测序物种的比较基因组学分析发现，籽用大麻与桑树亲缘关系最为密切，其分化时间为5,600万年前，在进化过程中经历了两次全基因组复制(WGD)事件。籽用大麻、野生大麻和药用大麻的比较基因组学分析发现，它们之间共有14,439个基因家族，籽用大麻特异的基因家族有2,636个。GO富集分析显示，30个基因在脂质合成途径中显著富集。KEGG富集分析鉴定出许多与氧化磷酸化、光合作用等相关基因，这可能与种子中具有丰富的抗氧化成分特性有关。
为了解析哪些基因参与籽用大麻中脂肪酸和维生素E合成的过程，团队系统鉴定并绘制了籽用大麻中36个脂肪酸合成基因和16个维生素E合成基因的表达谱。发现SAD和FAD作为油酸和亚油酸合成的关键基因，其基因拷贝数发生了增加，这可能是籽用大麻种子中含油量丰富的原因。籽用大麻不同时期的种子转录组和共表达网络分析发现，8个基因(2个FAEs, 1个PAP, 2个SADs, 3个FADs)为参与脂肪酸生物合成途径的关键基因， Csa.DXS2和Csa.HPPD1为参与维生素E生物合成途径的关键基因。这些关键基因发掘，为籽用大麻的功能基因验证和分子设计育种奠定了基础并提供了重要的科学依据。
图1. 籽用大麻基因组特征、比较基因组学分析以及脂肪酸合成关键基因发掘
滚球麻类研究室坚持了70余年的麻类作物遗传育种与综合利用研究。这是继2020年在《Plant Biotechnology Journal》发表了题为“The genome of kenaf (Hibiscus cannabinus L.) provides insights into bast fibre and leaf shape biogenesis”的红麻参考基因组（https://doi.org/10.1111/pbi.13341）、和2021年在《Plant Biotechnology Journal》题为“Reference genomes of the two cultivated jute species”的黄麻参考基因组（https://doi.org/10.1111/pbi.13652），又一力作。
我院博士研究生魏华伟为该研究论文的第一作者，张立武教授为通讯作者。我院祁建民教授、方平平副教授、陶爱芬副研究员和徐建堂副研究员等参与并指导了研究。该研究得到滚球科技创新基金项目(CXZX2023)、国家自然科学基金项目（31972968）和国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-16）等经费资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100718
