近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所農(nóng)業(yè)生物轉(zhuǎn)錄組與代謝組學(xué)團(tuán)隊(duì)成功解碼珍稀抗癌植物紅豆杉高質(zhì)量基因組，揭示天然抗癌藥物紫杉醇生物合成的遺傳基礎(chǔ)。該研究對(duì)于指導(dǎo)紅豆杉遺傳育種和種質(zhì)資源的高效利用具有重要意義，并為我國(guó)的紫杉醇合成生物學(xué)生物制造提供生物數(shù)據(jù)保障，為下一步開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保、可持續(xù)生產(chǎn)的紫杉醇生物合成策略提供關(guān)鍵基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然植物（Nature Plants）》上。
“植物大熊貓”紅豆杉是我國(guó)一級(jí)珍稀瀕危保護(hù)植物，還被全世界42個(gè)國(guó)家稱為“國(guó)寶”。由紅豆杉產(chǎn)生的獨(dú)特的二萜類化合物紫杉醇，上世紀(jì)60年代首次從紅豆杉樹(shù)皮中分離鑒定。1992年首款紫杉醇注射液上市。作為已知療效最好的植物源明星抗腫瘤藥物，紫杉醇能夠特異性調(diào)控微管蛋白從而抑制腫瘤細(xì)胞的異常分裂增殖，被廣泛應(yīng)用于各種實(shí)體瘤的臨床治療，是癌癥化學(xué)藥物治療的“主力軍”。
基因組所研究員閆建斌介紹說(shuō)，紫杉醇在紅豆杉中含量非常低，加之紅豆杉生長(zhǎng)十分緩慢，造成當(dāng)前的紫杉醇供需矛盾。再加上缺乏紅豆杉基因組數(shù)據(jù)的指導(dǎo)，尚未完全解析紫杉醇生物合成通路，這些問(wèn)題正制約著該領(lǐng)域的發(fā)展。
研究人員通過(guò)對(duì)南方紅豆杉單倍型胚乳材料全基因組測(cè)序，成功組裝了染色體級(jí)別的高質(zhì)量參考基因組。研究顯示，一是南方紅豆杉基因組經(jīng)歷了一次古代的全基因組復(fù)制事件，并在其基因組中的重復(fù)序列經(jīng)歷了長(zhǎng)期而連續(xù)的插入過(guò)程，這解釋了紅豆杉在進(jìn)化過(guò)程中基因組變大的原因；二是紅豆杉在進(jìn)化過(guò)程中，形成了獨(dú)有的Gypsy、Copia轉(zhuǎn)座子家族以及紫杉醇生物合成相關(guān)基因家族，這是紅豆杉遺傳獨(dú)特性的一種體現(xiàn)；三是通過(guò)系統(tǒng)分析紫杉醇合成相關(guān)基因的基因組定位與協(xié)同表達(dá)調(diào)控以及繪制多個(gè)相關(guān)基因家族的基因組位置圖譜，發(fā)現(xiàn)其合成相關(guān)基因在南方紅豆杉染色體上存在聚集分布和受植物激素茉莉素協(xié)同調(diào)控的趨勢(shì)；四是通過(guò)鑒定首個(gè)紫杉醇生物合成基因簇，證明紅豆杉的紫杉醇生物合成存在基因簇組織和調(diào)控模式。
該研究得到合成生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。
