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西安交大科研人员构建高质量罂粟属多基因组 破译隐藏800万年的进化之谜

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中药是中华民族的瑰宝,是我国具有原创优势的科技资源、重要的生态资源和优秀的文化资源。罂粟属植物作为重要的中药材,其合成的那可丁、吗啡喃类物质具有显著的止咳、止疼及抗癌功效,广泛应用于临床治疗。近日,西安交通大学信息与生物医学交叉团队在叶凯教授带领下成功构建三个高质量罂粟属物种基因组,破译那可丁及吗啡喃类物质合成通路的进化之谜,这是继2018年该团队发现了那可丁及吗啡喃类物质合成基因簇之后(Science,2018),在药用植物基因组学研究领域的又一重大突破。

叶凯教授团队精心选择了那可丁及吗啡喃类物质产量各不相同的虞美人、渥美罂粟和鸦片罂粟三个罂粟属物种,综合运用二代和三代测序及组装技术,设计开发多物种基因组深度联合挖掘及分析计算方法,成功构建了三个高质量罂粟属物种基因组,系统地阐明了罂粟属物种进化历史,揭示了那可丁及吗啡喃类物质合成通路的跳跃式进化奥秘。研究表明,在过去的近800万年间,罂粟属物种经历了不同次数的全基因组加倍,以及基因重排、复制、融合跳转等事件,共同促进了那可丁及吗啡喃类物质合成基因簇的形成。此外,发现该基因簇中的15个基因共进化、共调控,形成代谢体,为合成生物学研究提供新思路。罂粟属多物种基因组的构建及合成次生代谢产物通路进化奥秘的破译,能够极大促进该属植物药用价值深度开发研究,对药用次生代谢产物的“绿色生物制造”具有重大指导意义,为现代科学解读中药奥秘提供原创中国方案。


该成果以“三个染色体级别罂粟属物种基因组揭示吗啡喃及那可丁合成通路的跳跃式演化”(Three chromosome-scale Papaver genomes reveal punctuated patchwork evolution of the morphinan and noscapine biosynthesis pathway)为题于10月15日在线发表在《自然》子刊《自然-通讯》上。西安交通大学自动化学院叶凯教授为论文通讯作者,计算机学院杨晓飞副教授、自动化学院博士生高胜寒和郭立教授为论文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、世界一流大学(学科)等项目资助。

西安交通大学信息与生物医学交叉团队长期致力于生物信息学研究,旨在搭建多学科交叉科研平台,培养交叉学科人才,为我国精准医学、绿色生物制造等前沿交叉领域“卡脖子”问题贡献力量。

文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-021-26330-8

课题组网站:http://gr.xjtu.edu.cn/web/kaiye

2021-10-15
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