揭示吗啡类生物碱合成奥秘,我国科学家在罂粟

日期:2019-10-14编辑作者:威尼斯在线平台

原标题:我国科学家在罂粟基因组研究中取得重要进展

原标题:中国科学家主导破译鸦片基因密码,揭示吗啡类生物碱合成奥秘

图. 罂粟基因组特征及主要进化事件

  “恶之花”罂粟的药用价值是否该被重新重视?西安交通大学青年科学家叶凯认为这事关“从科学研究的角度继承、弘扬中国博大精深的中药文化”。

在国家自然科学基金项目(项目编号:31671372, 31701739, 61702406)等资助下,西安交通大学叶凯团队与英国约克大学Ian Graham教授团队及英国Sanger研究所宁泽民研究员合作,破解了罂粟基因组及吗啡合成关键进化步骤。研究成果以“ The Opium Poppy Genome and Morphinan Production”(罂粟基因组和吗啡合成)为题,于2018年8月31日在Science(《科学》)上在线发表,论文链接DOI: 10.1126/science.aat4096。

北京时间8月31日,国际顶级学术期刊《科学》(Science)在线发表西安交通大学叶凯团队、英国约克大学伊恩· 格拉汉姆院士团队、英国惠康基金桑格研究所宁泽民研究员合作的学术论文 “The opium poppy genome and morphinan production”。

自古以来,关于罂粟的两面性人们争论不休,一方面它能缓解人类疾病痛苦,另一方面,长期大量使用可使人成瘾。罂粟的基因组存在大量(~70%)重复序列,且经历了多次大规模的结构变异,使得解析该基因组异常困难。叶凯教授团队与英国团队合作,以英国本土罂粟植物为对象,利用基因组测序技术、复杂数学模型、深度挖掘及分析等方法,首次在国际上完成了罂粟全基因组测序及高质量组装分析。

研究团队在国际上首次公布鸦片罂粟的高质量全基因组序列,揭示其进化历史上主要加倍和重排事件,同时阐明吗啡类生物碱、合成基因簇的进化历史,为进一步开发鸦片罂粟药用价值和揭示罂粟科乃至早期双子叶植物进化历史奠定了重要基础。

该研究表明,罂粟基因组在距今780万年发生了一次全基因组加倍事件,早于智人的首次出现;罂粟在毛茛科和罂粟科植物分化之前(距今至少1.1亿年)曾发生基因组片段加倍事件;研究首次发现罂粟合成那可丁和吗啡类生物碱的15个基因在11号染色体上形成超级基因簇,罂粟进化过程中经历的基因组加倍事件和多次基因片段扩增、丢失、融合和重排等形成了该超级基因簇,该基因簇在根、茎部特异表达且共表达。这些发现揭示了罂粟基因组进化历史的主要加倍和重排事件及罂粟有效成分合成途径的进化历史。

罂粟已知的良效究竟有哪些?《本草求原》曾如此记载,“性同于粟壳,而止痢止痛行气之效尤胜”。事实上,从罂粟中提取的吗啡类生物碱即是强有力的止疼剂,具有止疼药效外。而罂粟中的那可丁成分,还具有显著止咳以及抗癌的功效。

罂粟基因组存在大量重复序列是该项目组面临的主要挑战之一。过去一亿年间的各种进化事件叠加融合,使得该基因组变得异常复杂。然而,正是由于各种基因组结构变异的叠加积累,造成了两种代谢通路基因的聚集和共表达,形成了一个超级基因簇,从而能够协同高效合成新的次生代谢物。该项目对指导分子植物育种具有较重要意义,并对工业合成中选择性提高具有不同药效的生物碱产量具有一定指导意义。

研究团队称,遗憾的是,人们对罂粟药用价值并没有系统、全面的认识,因而不能将其物尽其用,实现更大的价值。

作者:赵天宇 田艳艳 冯雪莲返回搜狐,查看更多

鉴于罂粟的基因组存在约70%的重复序列,且经历多次大规模的结构变异,使得基因组解析异常困难。此前,破解罂粟基因组成为一道世界难题。

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叶凯等人此番以英国本土罂粟植物为对象,利用多种前沿基因组测序技术、复杂数学模型、深度挖掘及分析方法成功破译罂粟基因组并揭示其进化历史。

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