日前，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)基因組研究所等單位的科研人員在預(yù)印本平臺bioRxiv在線發(fā)表世界首個紅豆杉參考基因組圖譜，并揭示了紅豆杉合成抗癌藥物紫杉醇的遺傳基礎(chǔ)。
紅豆杉在我國被定為一級珍稀瀕危保護植物，還被全世界42個有紅豆杉的國家稱為“國寶”。植物中的“大熊貓”紅豆杉中含有世界知名的抗癌藥物紫杉醇，該藥被廣泛應(yīng)用于多種癌癥的臨床治療。論文共同通訊作者黃三文告訴《中國科學(xué)報》，長期以來，紅豆杉如何合成紫杉醇，尚未有詳盡的研究結(jié)論。
研究人員通過對南方紅豆杉單倍型胚乳材料進行全基因組測序，成功組裝了染色體級別的高質(zhì)量參考基因組。南方紅豆杉基因組大小為10.23 Gb，Contig N50為2.44 Mb，其中9.86 Gb的組裝數(shù)據(jù)被掛載到了紅豆杉基因組的12條染色體上。
研究顯示，該紅豆杉基因組經(jīng)歷了一次古代的全基因復(fù)制事件，并且其基因組中的重復(fù)序列經(jīng)歷了長期而連續(xù)的插入過程。在漫長的進化過程中，紅豆杉不僅形成了獨特的Gypsy和Copia轉(zhuǎn)座子家族，而且進化出獨有的紫杉醇生物合成相關(guān)基因家族。
他們系統(tǒng)分析了紫杉醇合成相關(guān)基因的基因組定位與協(xié)同表達(dá)調(diào)控，繪制了多個相關(guān)基因家族的基因組位置圖譜，特別揭示了細(xì)胞色素P450家族的基因組分布和調(diào)控規(guī)律。研究首次發(fā)現(xiàn)了紫杉醇合成基因在紅豆杉9號染色體上的聚集分布現(xiàn)象，并在其中鑒定了首個紫杉醇生物合成基因簇，由6個基因串聯(lián)組成，主要負(fù)責(zé)催化紫杉醇生物合成的前兩步。
該研究深化了人們對紫杉醇生物合成途徑及其遺傳基礎(chǔ)的理解，有助于解答裸子植物基因組進化領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。研究篩選鑒定的候選基因為紫杉醇合成生物學(xué)研究提供了豐富的遺傳資源和靶標(biāo)，將加快紫杉醇異源合成底盤的設(shè)計和開發(fā)，并有力推動我國紫杉醇生物合成與調(diào)控研究以及產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。
標(biāo)簽： 紅豆杉基因組
