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专家访谈1

丹参全基因组遗传密码破译

近日,中国中医科学院中药研究所陈士林团队和中国科学院植物研究所的漆小泉团队联合中国医学科学院药用植物研究所、澳大利亚昆士兰大学、美国田纳西州大学健康科学中心、美国爱荷华州立大学、澳门大学、英国桑格研究院和广药集团等单位,在着名植物学杂志《MolecularPlant》发表了丹参全基因组,标志着作为常用中药丹参的遗传密码被破译。科技日报头版报道了这一研究成果.这一研究为构建药用模式生物体系、揭示丹参主要药理活性成分丹参酮和丹参酚酸生物合成及其调控的分子机制、促进丹参优良品种选育提供了重要的遗传背景基础。丹参全基因组解析项目的完成极大促进了丹参生物学研究,已支撑一批高水平研究成果相继完成或发表,相关论文发表于《PlantPhysiology》、《ThePlantJournal》、《JournalofExperimentalBotany》、《ScientificReports》和《Planta》等国际知名期刊,彰显了本草基因组的巨大影响。陈士林团队与广药集团等企业形成产学研互动,为丹参栽培和质量控制提供理论基础,为创新性药物生产提供新的手段。以上系列工作确立了以基因组为突破口的药用模式植物研究与应用新思路,继灵芝基因组之后再次引发本草基因组效应,创建了以药用模式生物为平台的中药研究新理念。

该研究应用二代和三代测序技术对紫花和白花丹参的遗传信息进行系统研究。丹参基因组约558Mb,其中约56%的区域为重复序列,导致组装难度大;丹参杂合度较高,每千碱基基因组约含2.76个单核苷酸多态性位点。研究预测丹参含有三万多个蛋白质编码基因,包括1600余个转录因子,82个萜类合酶编码基因和437个细胞色素P450蛋白编码基因。进化研究显示,丹参编码萜类化合物、芪类化合物、二苯基庚烷类化合物、姜辣素类化合物的基因家族可能与丹参酮及丹参酚酸类化合物合成相关。研究团队从丹参基因组中鉴定了四个萜类合酶/细胞色素相连的基因簇,并揭示以前研究报道的SmCPS1基因簇和SmCPS2基因簇很可能扩张自同一个CPS/CYP76AH基因对。该文还报道了与丹参酚酸合成相关的来自9个基因家族的29个基因。高重复序列和高杂合度基因组一直是植物基因组研究的主要难题,研究团队通过引入亚州地区第一台PacBio测序仪,率先开展长读长技术在植物基因组研究的应用。丹参基因组的成功完成,证实混合拼接技术能显着改善拼接效果,可有效促进次生代谢产物合成相关基因簇的鉴定,证明多种测序平台组合应用具有良好应用前景。

该文通讯作者是陈士林和漆小泉研究员。陈士林现任中国中医科学院中药研究所所长、世界卫生组织传统医学合作中心主任、教育部长江学者和创新团队发展计划“中药资源学”负责人,首次提出本草基因组的学术方向并开展了大量相关研究工作,并在NatureComm等国际着名期刊灵芝等草药基因组。漆小泉为中国科学院“百人计划”入选者。

(中药研究所)