“植物大熊猫”红豆杉合成紫杉醇的“四步曲”

工人日报-中工网记者记者黄哲雯

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所农业生物转录组与代谢组学团队成功解码珍稀抗癌植物红豆杉高质量基因组，揭示天然抗癌药物紫杉醇生物合成的遗传基础。

该研究对于指导红豆杉遗传育种和种质资源的高效利用具有重要意义，并为我国的紫杉醇合成生物学生物制造提供生物数据保障，为下一步开发绿色环保、可持续生产的紫杉醇生物合成策略提供关键基础。

据介绍，红豆杉作为“植物大熊猫”，在我国被定为一级珍稀濒危保护植物，而由红豆杉产生的二萜类化合物紫杉醇则作为已知疗效最好的植物源明星抗肿瘤药物，被广泛应用于多种癌症的临床治疗。但自紫杉醇被发现至今，红豆杉如何合成紫杉醇这一关键问题还未被完全解析。

通过对南方红豆杉单倍型胚乳材料全基因组测序，研究人员成功组装了染色体级别的高质量参考基因组。

研究显示，一是南方红豆杉基因组经历了一次古代的全基因组复制事件，并在其基因组中的重复序列经历了长期而连续的插入过程，这解释了红豆杉在进化过程中基因组变大的原因；二是红豆杉在进化过程中，形成了独有的Gypsy、Copia转座子家族以及紫杉醇生物合成相关基因家族，这是红豆杉遗传独特性的一种体现；三是通过系统分析紫杉醇合成相关基因的基因组定位与协同表达调控以及绘制多个相关基因家族的基因组位置图谱，发现其合成相关基因在南方红豆杉染色体上存在聚集分布和受植物激素茉莉素协同调控的趋势；四是通过鉴定首个紫杉醇生物合成基因簇，证明红豆杉的紫杉醇生物合成存在基因簇组织和调控模式。

相关研究成果发表在《自然植物（NaturePlants）》上。该研究得到合成生物学国家重点研发计划的资助。