中国团队发布“抗癌明星”红豆杉的世界首个参考基因组

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天然“抗癌明星”紫杉醇及其原料来源一级珍稀濒危保护植物红豆杉的研究获重大突破。澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者从中国农业科学院基因组所获悉,近日,湖南农业大学和中国农业科学院农业基因组研究所等单位共同在预印平台bioRxiv在线发表了题为“The Taxus genome providesinsights into paclitaxel biosynthesis”的研究论文。

中国农业科学院农业基因组研究所熊兴耀研究员、苟君波博士后、廖庆刚助研和湖南农业大学李炎林副教授为该论文的共同第一作者。中国农业科学院农业基因组研究所闫建斌研究员和黄三文研究员为该论文的共同通讯作者。

研究团队表示,研究所筛选鉴定的候选基因为紫杉醇合成生物学研究提供了丰富的遗传资源和靶标,将加快紫杉醇异源合成底盘的设计和开发,并有力推动我国紫杉醇生物合成与调控研究以及产业的进一步发展。

紫杉醇是世界知名的抗癌药物,被广泛应用于多种癌症的临床治疗。其生产原料主要来源于植物中的“大熊猫”——红豆杉。红豆杉在我国被定为一级珍稀濒危保护植物,还被全世界42个有红豆杉的国家称为“国宝”。值得注意的是,尽管在抗癌界知名,但私自吃红豆杉或者泡酒喝等做法容易引发中毒。

中国农科院基因组所研究团队通过对南方红豆杉(Taxuschinensis var. mairei)单倍型胚乳材料全基因组测序,成功组装了染色体级别的高质量参考基因组。据介绍,南方红豆杉基因组大小为10.23 Gb,Contig N50为2.44 Mb,其中9.86 Gb的组装数据被挂载到了红豆杉基因组的12条染色体上。

研究显示,该红豆杉基因组经历了一次古代的全基因复制事件,并且其基因组中的重复序列经历了长期而连续的插入过程。在漫长的进化过程中,红豆杉不仅形成了独特的Gypsy和Copia转座子家族,而且进化出独有的紫杉醇生物合成相关基因家族。

该研究系统分析了紫杉醇合成相关基因的基因组定位与协同表达调控,绘制了多个相关基因家族的基因组位置图谱,特别揭示了细胞色素P450家族的基因组分布和调控规律。

该研究还首次发现了紫杉醇合成基因在红豆杉9号染色体上的聚集分布现象,并在其中鉴定了首个紫杉醇生物合成基因簇,由六个基因串联组成,主要负责催化紫杉醇生物合成的前两步。

研究团队称,该研究是红豆杉和紫杉醇研究领域的重大突破,将深化人类对于紫杉醇生物合成途径及其遗传基础的理解,有助于解答裸子植物基因组进化领域的关键科学问题。

该研究得到了国家重点研发计划、中国农业基本科研业务专项、中国农科院青年英才计划和中国农科院创新工程、湖南省教育厅科学研究基金、湖南农业大学“双一流”建设等项目的资助。

论文链接:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.04.29.441981v1

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