Abstract Camphor tree ( Cinnamomum camphora (L.) J. Presl), a species in the magnoliid family Lauraceae, is known for its rich volatile oils and is used as a medical cardiotonic and as a scent in many perfumed hygiene products. Here, we present a high-quality chromosome-scale genome of C. camphora with a scaffold N50 of 64.34 Mb and an assembled genome size of 755.41 Mb. Phylogenetic inference revealed that the magnoliids are a sister group to the clade of eudicots and monocots. Comparative genomic analyses identified two rounds of ancient whole-genome duplication (WGD). Tandem duplicated genes exhibited a higher evolutionary rate, a more recent evolutionary history and a more clustered distribution on chromosomes, contributing to the production of secondary metabolites, especially monoterpenes and sesquiterpenes, which are the principal essential oil components. Three-dimensional analyses of the volatile metabolites, gene expression and climate data of samples with the same genotype grown in different locations showed that low temperature and low precipitation during the cold season modulate the expression of genes in the terpenoid biosynthesis pathways, especially TPS genes, which facilitates the accumulation of volatile compounds. Our study lays a theoretical foundation for policy-making regarding the agroforestry applications of camphor tree.

Abstract Angelica L. has attracted global interest for its traditional medicinal uses and commercial values. However, few studies have focused on the metabolomic differences among the Angelica species. In this study, employing the widely targeted metabolomics based on gas chromatography-tandem mass spectrometry, the metabolomes of four Angelica species were analyzed ( Angelica sinensis (Oliv.) Diels ( A. sinensis ), Angelica biserrata (R.H.Shan & Yuan) C.Q.Yuan & R.H.Shan ( A. biserrata ), Angelica dahurica (Hoffm.) Benth. & Hook.f. ex Franch. & Sav. ( A. dahurica ), Angelica keiskei Koidz. ( A. keiskei )). A total of 698 volatile metabolites were identified and classified into fifteen different categories. The metabolomic analysis indicated that 7-hydroxycoumarin and Z-ligustilide were accumulated at significantly higher levels in A. sinensis , whereas the opposite pattern was observed for bornyl acetate. In addition, a high correspondence between the dendrogram of metabolite contents and phylogenetic positions was detected in the four species. This study provides a biochemical map for the exploitation, application and development of the Angelica species as medicinal plants or health-related dietary supplements.

Abstract Homosporous lycophytes (Lycopodiaceae) are a deeply diverged lineage in the plant tree of life, having split from heterosporous lycophytes ( Selaginella and Isoetes ) ∼400 million years ago (MYA). Compared to the heterosporous lineage, Lycopodiaceae has markedly larger genome sizes and remains the last major plant clade for which no genomic data has been available. Here, we present chromosomal genome assemblies for two homosporous lycophyte species, the allotetraploid Huperzia asiatica and the diploid Diphasiastrum complanatum . Remarkably, despite that the two species diverged ∼350 MYA, around 30% of the genes are still in syntenic blocks. Furthermore, both genomes had undergone independent whole genome duplications and the resulting intra-genomic syntenies have likewise been preserved relatively well. Such slow genome evolution over deep time is in stark contrast to heterosporous lycophytes and is correlated with a decelerated rate of nucleotide substitution. Together, the genomes of H. asiatica and D. complanatum not only fill a crucial gap in the plant genomic landscape, but also uncover a possibly unique genomic contrast between homosporous and heterosporous species.

ABSTRACT Amomi Fructus (Sharen, AF) is a traditional Chinese medicine (TCM) from three source species (or subspecies) including Wurfbainia villosa var. villosa (WVV), W. villosa var. xanthioides (WVX) or W. longiligularis (WL). Among them, WVV has been transplanted from its top-geoherb region Guangdong to its current main production area Yunnan for more than 50 years in China. However, the genetic and transcriptomic differentiation among multiple AF source (sub)species and between the origin and transplanted populations of WVV is unknown. In our study, the observed overall higher expression of terpenoid biosynthesis genes in WVV than that of WVX supplied possible evidence for the better pharmacological effect of WVV. We also screened ten candidate borneol dehydrogenase ( BDH ) genes that potentially catalyzed borneol into camphor in WVV. The BDH genes may experience independent evolution after acquiring the ancestral copies and the followed tandem duplications might account for the abundant camphor content in WVV. Furthermore, four populations of WVV, WVX and WL are genetically differentiated and the gene flow from WVX to WVV in Yunnan contributed to the increased genetic diversity in the introduced population (WVV-JH) compared to its top-geoherb region (WVV-YC), which showed the lowest genetic diversity and might undergo genetic degradation. In addition, TPS and BDH genes were selected among populations of multiple AF source (sub)species and between the top-geoherb and non-top-geoherb regions, which might explain the metabolite difference of these populations. Our findings provide important guidance for the conservation, genetic improvement, industrial development of the three source (sub)species, and identifying top-geoherbalism with molecular markers and proper clinical application of AF.