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    我国科学家在罂粟基因组研究中取得重要进展

    日期 2018-09-04   来源:生命科学部   作者:赵天宇 田艳艳 冯雪莲  【 】   【打印】   【关闭

    图. 罂粟基因组特征及主要进化事件

      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。

      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。

      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。




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