芐基異喹啉生物堿（Benzylisoquinoline Alkaloids, BIAs）是一類結構多樣且藥理活性豐富的植物次生代謝產物，包括嗎啡喃、小檗堿和木蘭堿等。這類天然化合物主要分布于防己科、罌粟科等基部真雙子葉及木蘭類植物，具抗炎、鎮(zhèn)痛、免疫調節(jié)、抗腫瘤和抗病毒等多種活性，在傳統(tǒng)醫(yī)藥和現(xiàn)代藥物研發(fā)領域均具有重要應用價值。當前人們對真雙子葉植物早期分化類群中BIAs的生物合成途徑已有了較為全面的認識，但木蘭類植物中BIAs的生物合成途徑以及起源演化尚不清楚。

BIAs和馬兜鈴酸合成途徑及關鍵基因的進化歷史

國家植物園（南園）焦遠年研究組利用木蘭類主要支系代表物種的基因組信息，包括新測序的馬兜鈴科植物馬蹄香（Sarumahenryi）和木通馬兜鈴（Aristolochiamanshuriensis），開展了系統(tǒng)的比較基因組學分析，揭示了木蘭類植物在進化過程中的全基因組加倍（WGD）事件進化歷史，首次推測了木蘭類植物的祖先染色體核型，并進一步闡明了染色體結構和重排的歷史。

研究人員通過多組學聯(lián)合分析，厘清了木通馬兜鈴中BIAs生物合成的遺傳途徑。通過煙草異源表達體系，研究人員驗證了CNMT、6OMT和NMCH等關鍵基因在BIAs生物合成通路中的功能。進一步通過進化基因組學研究探討了BIAs合成途徑的起源和演化歷史。

研究發(fā)現(xiàn)BIAs合成相關基因多數(shù)起源于被子植物分化前的古老基因重復事件，但只有基部真雙子葉植物和木蘭類植物通過選擇性保留這些重復基因而維持了BIAs的合成能力。相比之下，單子葉植物和核心真雙子葉植物則因這些關鍵基因的特異性丟失而喪失了BIAs生物合成潛能。因此，本研究發(fā)現(xiàn)古老重復基因的偏好性保留和差異丟失是BIAs趨同演化的主要原因。

相關研究于4月29日在線發(fā)表于國際學術期刊Nature Communications上。國家植物園（南園）已畢業(yè)博士研究生胡昳恒、王金朋，助理研究員易欣，博士研究生劉璐妹和王新為該論文共同第一作者，焦遠年研究員為通訊作者。博士研究生汪建宇、博士后李鹍鵬、助理研究員秦劉玉等也參與了該工作。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金以及中國科學院青年交叉團隊等項目的資助。

論文鏈接

生物信息學和植物基因組進化研究組

組長：焦遠年研究員

郵箱：jiaoyn@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

1. 多倍化與植物適應性進化；

2. 整合組學與植物新性狀起源和多樣化；

3. 基因組進化與植物重大進化事件。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻