科研進(jìn)展
當歸基因組和多組學(xué)數據整合分析揭示了其藥用生物活性化合物的合成與進(jìn)化的新發(fā)現
在中國傳統醫學(xué)中，當歸（Angelica sinensis，2n＝22）一直被譽(yù)為“補血圣藥”，其干燥根部擁有豐富的藥用價(jià)值，包括補血活血、調經(jīng)止痛、潤腸通便等。然而，盡管被廣泛應用，當歸中藥用生物活性化合物的生物合成基礎一直不為人知，這限制了我們對這種珍貴草藥的深入理解和科學(xué)利用。
中國科學(xué)院西北高原生物研究所作物分子育種重點(diǎn)實(shí)驗室聯(lián)合華大基因公司，組裝完成了一個(gè)染色體水平的當歸參考基因組序列，大小為2.16 Gb，其中Contig N50為4.96 Mb，Scaffold N50為198.27 Mb，組裝完整率達到99.8％。這一高精度基因組的完成，不僅大大提升了我們對當歸遺傳信息的理解，而且標記了41，040個(gè)高置信度基因，為后續研究奠定了堅實(shí)的基礎。更為重要的是，研究團隊通過(guò)整合基因組、代謝組和轉錄組數據，成功揭示了當歸早花后根中藥用生物活性化合物含量變化的分子機制。研究發(fā)現，在當歸早花后根部，苯丙烷代謝途徑中阿魏酸的含量顯著(zhù)下降，而香豆素和木脂素類(lèi)化合物的含量則相對上升，相關(guān)基因如F5H的表達量急劇上調。此外當歸早花后根中的苯酞類(lèi)和其他萜類(lèi)揮發(fā)物含量減少，涉及單萜合成途徑的IPPI基因和兩個(gè)GPPS基因的表達量顯著(zhù)下調，萜類(lèi)化合物合成途徑的五個(gè)TPS基因表達量以及與藁苯內酯合成相關(guān)的兩個(gè)ACC基因和兩個(gè)PKS基因也普遍下調。值得注意的是，TPSs、ACCs、PKSs以及與香豆素類(lèi)化合物合成相關(guān)的基因PTs在當歸中均有擴增現象，這些基因的擴增可能與當歸藥用生物活性化合物的合成直接相關(guān)。通過(guò)這一研究，我們不僅提升了傳統草藥當歸的科學(xué)價(jià)值，也展示了現代基因組學(xué)在傳統中藥現代化進(jìn)程中的應用潛力，為未來(lái)中藥研究和應用開(kāi)啟了新篇章。
研究結果以Integrating genomic and multiomic data for Angelica sinensis provides insights into the evolution and biosynthesis of pharmaceutically bioactive compounds為題發(fā)表在Communications Biology（中國科學(xué)院一區 IF 5.9）。華大基因公司李世明、丘璨瑜和西北高原所金鑫為論文共同第一作者，華大基因公司趙山岑、西北高原所劉寶龍和湖南農業(yè)大學(xué)趙劍為論文共同通訊作者。
論文鏈接：https：／／doi．org／10.1038／s42003－023－05569－5
圖 苯酞類(lèi)物質(zhì)的合成與調控 a．正常生長(cháng)當歸（NG）和早花當歸（EF） b．丙二酰輔酶A的合成代謝途徑 c．正常當歸和早花當歸根中ACC基因的表達量熱圖 d． 正常當歸和早花當歸根中ACC基因和PKS基因的表達量值（FPKM）e．當歸中PKS基因的進(jìn)化樹(shù)，及其在正常當歸和早花當歸中根的表達量熱圖。
