近日，藥用(yòng)植物(wù)與健康組成功完成了(le)唇形科植物(wù)黃(huáng)芩全基因組測序，并分(fēn)析了(le)黃(huáng)芩中活性成分(fēn)的(de)進化(huà)機制，進而完整闡明(míng)了(le)抗癌活性物(wù)質漢黃(huáng)芩素的(de)合成機制。這(zhè)一研究成功解析了(le)一種使用(yòng)2000多(duō)年的(de)藥用(yòng)植物(wù)中的(de)珍貴化(huà)學物(wù)質合成途徑，爲通(tōng)過合成生物(wù)學獲取漢黃(huáng)芩素提供了(le)基礎，也(yě)爲其它唇形科植物(wù)的(de)遺傳分(fēn)析提供了(le)參考。該工作于近日在線發表在Molecular Plant上。
黃(huáng)芩是一種著名的(de)中藥植物(wù)，原産于中國，因其具有良好的(de)治療特性而在世界範圍内廣泛種植。黃(huáng)芩葉片中含有野黃(huáng)芩素、野黃(huáng)芩苷，根中則含有黃(huáng)芩素、漢黃(huáng)芩素等活性物(wù)質。這(zhè)些黃(huáng)酮類物(wù)質具有抗菌，抗病毒，抗氧化(huà)，抗癌，保肝和(hé)神經保護特性。盡管黃(huáng)芩具有很好的(de)經濟效益，需求在不斷增加，但由于缺乏基因組信息而使黃(huáng)芩栽培育種及遺傳改良受到限制。
通(tōng)過全基因組測序，研究團隊首先對(duì)PacBio數據進行組裝，然後結合Illumina數據糾錯，通(tōng)過10 X genomics數據延伸片段長(cháng)度，組裝出386.63 Mb、占預估基因組94.73%的(de)黃(huáng)岑基因組，最後通(tōng)過Hi-C數據将98.04%基因組序列挂載至9條染色體，N50 達到 33.2 Mb。研究者進一步從花、花蕾、葉、莖、根及JA處理(lǐ)的(de)根中提取樣品進行RNA-Seq，輔助基因組注釋，共注釋了(le)28,930個(gè)基因。黃(huáng)岑基因組重複序列達55.15%，串聯重複和(hé)散布重複分(fēn)别占1.2％和(hé)53.95％，其中，LTR最爲豐富，占基因組的(de)34.4％。
唇形科植物(wù)中，隻有黃(huáng)芩屬物(wù)種含有4’-去氧黃(huáng)酮類物(wù)質（如黃(huáng)芩素、漢黃(huáng)芩素），爲了(le)搞清楚該類化(huà)合物(wù)進化(huà)機制，研究者比較了(le)黃(huáng)芩、芝麻、丹參及一串紅的(de)基因組。分(fēn)析發現，黃(huáng)酮途徑合成酶基因僅在黃(huáng)芩中得(de)到了(le)擴增。其代謝途徑中最關鍵的(de)合成基因，均于黃(huáng)芩屬物(wù)種分(fēn)化(huà)後通(tōng)過串聯重複産生。
在前期研究工作中，該團隊已完整解析了(le)去甲漢黃(huáng)芩素合成途徑，而去甲漢黃(huáng)芩素還(hái)需經過氧甲基轉移酶（OMT）作用(yòng)來(lái)合成黃(huáng)芩素。研究者在一個(gè)黃(huáng)芩基因組中特有的(de)串聯重複區(qū)内找到數個(gè)OMT候選基因，通(tōng)過酶活及RNAi實驗，找到了(le)負責合成黃(huáng)芩素的(de)酶PFOMT5，該工作完整解析了(le)漢黃(huáng)芩素合成途徑。
文章(zhāng)通(tōng)訊作者，英國皇家科學院院士（Fellow of Royal Society,FRS）Cathie Martin教授說道，“黃(huáng)芩的(de)參考基因組将有助于爲唇形科家族的(de)其他(tā)成員(yuán)基因組序列組裝和(hé)改進，并爲在藥用(yòng)植物(wù)中解析有價值化(huà)合物(wù)的(de)合成途徑提供重要基礎。”
辰山中心藥用(yòng)植物(wù)與健康組執行責任人(rén)趙清博士爲論文第一作者，旋花植物(wù)進化(huà)組組長(cháng)楊俊博士爲共同第一作者。科研中心工作人(rén)員(yuán)崔孟穎、柳潔、方譽民、顔夢曉等參與了(le)主要的(de)實驗及分(fēn)析工作。本項的(de)合作者還(hái)包括辰山中心、上海植物(wù)生理(lǐ)生态研究所的(de)陳曉亞研究員(yuán)，辰山中心胡永紅研究員(yuán)，美(měi)國MIT的(de)翁經科研究員(yuán)等。項目得(de)到科技部國家重點研發計劃、上海綠化(huà)局辰山專項、國家自然科學基金委，中國科學院-英國約翰英納斯中心植物(wù)和(hé)微生物(wù)科學聯合研究中心，中科院青促會項目的(de)支持。
圖1，黃(huáng)芩基因組組裝情況
全文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30131-5