Horticulture Research | 中山大学张雨课题组在替抗饲草香茅的基因组挖掘与可持续利用取得新进展

       现代养殖业曾长期依赖促生长抗生素提升畜禽生长效率与饲料转化率，然而此类抗生素的滥用易导致抗药性问题，不仅会威胁动物健康，还可经食物链影响人类，降低医疗抗生素效力，因此多国及地区已出台政策限制或禁止其用于养殖业。草本芳香植物作为天然、安全的替抗资源，自身含有萜类、多酚、黄酮等多种生物活性成分。其既能替代促生长抗生素实现促生物生长、抵御病原菌与寄生虫侵袭的核心功能，又能有效规避化学药物残留、细菌耐药性加剧的弊端。其中，香茅（Cymbopogon winterianus）因富含挥发性单萜（如香茅醛、香茅醇等），又兼具抗菌、抗虫与抗炎活性，在替抗饲草开发与利用领域展现出巨大潜力。
       近日，中山大学张雨副教授课题组在《Horticulture Research》（农林科学1区Top）在线发表了题为“Haplotype resolved genome of a citronella provides insights into the evolution of citronelloid biogenesis pathway”的研究论文。该研究利用Hi-Fi与Hi-C测序数据，完成了香茅染色体水平的基因组组装，为香茅功能基因挖掘与代谢通路解析奠定了精准的基因组基础。利用代谢组学分析技术，系统筛选出抗菌化合物香茅醛/香茅醇生物合成通路中的关键候选基因，进而通过单细胞RNA测序，深入揭示了这些基因在不同细胞群中的表达差异与空间分布特征，为阐明香茅醛/香茅醇合成相关细胞的特异性调控机制提供了直接证据。

       在本研究中，团队针对香茅属植物进行基因组解析，成功构建了两个关键种质的参考基因组：富含香茅醛/香茅醇的香茅属栽培种C. winterianus（基因组大小 1.49 Gb），以及不含香茅醛/香茅醇的野生种C. distans（基因组大小 2.58 Gb）。结合C. winterianus的转录组学与代谢组学数据进行整合分析，成功鉴定出TPS、 ADH和CAR等参与香茅类化合物生物合成的潜在候选基因。表达模式对比分析显示，与不含香茅醛/香茅醇的野生种C. distans相比，这些候选基因在C. winterianus叶片中普遍呈现更高的表达水平。此外，单细胞 RNA 测序技术的结果进一步揭示了候选基因在C. winterianus不同细胞类型中的特异性定位，为解析香茅醇/醛合成途径的进化历程提供了关键线索。该发现不仅为后续开展C. winterianus及其他相关物种的分子生物学研究提供了丰富的细胞水平资源与坚实的遗传信息支撑，也为香茅作为替抗饲草的应用奠定了研究基础。

图1. 香茅属香茅烷类生物合成途径的多组学分析

       在科技赋能草地“四库”背景下，香茅作为一种兼具创新性与实用性的替抗饲草，正展现出高研究价值与强转化潜力。本团队目前已围绕香茅的多元应用价值开展多项合作项目：基于香茅精油可辅助恢复嗅觉障碍，以及舒缓突聋患者焦虑情绪等，联合中山大学附属第七医院，聚焦耳鼻咽喉医疗保健场景，打造了“芳香角”特色护理项目，为患者提供新型护理服务，有效丰富了临床护理干预手段；联合中山大学文创中心，共同开发了香茅喷雾、香茅凝珠等一系列产品，适用于日常户外防护及家居、车载等多场景的长效芳香释放。未来，本团队将致力于香茅在替抗饲料方向的产业化发展与合规化建设，加速科技成果落地，为农牧业可持续发展提供切实可行的方案。

图2. 中山大学附属第七医院耳鼻咽喉科“芳香角”特色项目

图3. 团队联合中大文创开发的香茅凝珠与香茅喷雾

       中山大学农业与生物技术学院为该论文第一完成单位。我院博士后何海、硕士研究生林泽勉为该论文共同第一作者，张雨副教授为该论文唯一通讯作者。我院硕士研究生周赞陈、夏立峰、黎皓、本科生陈品豪参与了本项研究。该研究得到了国家自然科学基金，中山大学中央高校基本科研业务费的支持。

       全文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhaf287

初稿：何海 周赞陈   初审：张雨   审核：辛国荣   终审：杨德胜