天然“抗癌明星”紫杉醇及其原料來源一級珍稀瀕危保護植物紅豆杉的研究獲重大突破。澎湃新聞（m.school126.cn）記者從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院基因組所獲悉，近日，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所等單位共同在預(yù)印平臺bioRxiv在線發(fā)表了題為“The Taxus genome providesinsights into paclitaxel biosynthesis”的研究論文。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所熊興耀研究員、茍君波博士后、廖慶剛助研和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)李炎林副教授為該論文的共同第一作者。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所閆建斌研究員和黃三文研究員為該論文的共同通訊作者。

研究團隊表示，研究所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。

紫杉醇是世界知名的抗癌藥物，被廣泛應(yīng)用于多種癌癥的臨床治療。其生產(chǎn)原料主要來源于植物中的“大熊貓”——紅豆杉。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”。值得注意的是，盡管在抗癌界知名，但私自吃紅豆杉或者泡酒喝等做法容易引發(fā)中毒。

中國農(nóng)科院基因組所研究團隊通過對南方紅豆杉（Taxuschinensis var. mairei）單倍型胚乳材料全基因組測序，成功組裝了染色體級別的高質(zhì)量參考基因組。據(jù)介紹，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。

該研究系統(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，特別揭示了細胞色素P450家族的基因組分布和調(diào)控規(guī)律。

該研究還首次發(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，由六個基因串聯(lián)組成，主要負責(zé)催化紫杉醇生物合成的前兩步。 

研究團隊稱，該研究是紅豆杉和紫杉醇研究領(lǐng)域的重大突破，將深化人類對于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。

該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)基本科研業(yè)務(wù)專項、中國農(nóng)科院青年英才計劃和中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程、湖南省教育廳科學(xué)研究基金、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)“雙一流”建設(shè)等項目的資助。

論文鏈接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.04.29.441981v1