近日，中国农业科学院（深圳）农业基因组研究所（简称“基因组所”）与湖南农业大学等单位共同在预印平台bioRxiv在线发表题为“The Taxus Genome Provides Insights into Paclitaxel Biosynthesis”的研究论文，揭开植物“大熊猫”红豆杉的基因密码，是世界首个红豆杉参考基因组 。研究还首次揭示了著名抗癌物质——紫杉醇的合成基因在红豆杉染色体上的分布规律，发现了首个紫杉醇合成基因簇 。
文章插图
南方红豆杉 。中国农科院（深圳）农业基因组研究所供图
Chinese Yew
红豆杉
红豆杉是我国一级珍稀濒危保护植物，也是世界上公认的濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物 。根据植物学典籍记载，红豆杉除了果实外，通体有毒，含有紫杉碱，可引发肠胃炎、心脏病和呼吸困难等 。果实食用不当也会造成中毒 。红豆杉之所以可以抗癌，在于树皮中含有抗癌物质紫杉醇 。紫杉醇是红豆杉特有的一种结构复杂的次生代谢产物，可促进微管蛋白结合，抑制癌细胞的有丝分裂，有效阻止癌细胞的增殖 。
上世纪六七十年代，
人们发现红豆杉的树皮中含有紫杉醇以后，
导致大量的红豆杉被剥皮后死亡，
国内的野生红豆杉也越来越少，
成为濒危植物 。
作为常用化疗药物，
紫杉醇药物自上市以来，
价格居高不下 。
据『健康时报』
用于治疗乳腺癌、非小细胞肺癌、胰腺癌和卵巢癌等的注射用紫杉醇（白蛋白结合型），每支30毫克剂量的，价格为175美元 。国产紫杉醇针剂同等剂量的，价格为每支1200元，以每位患者至少用40支计，费用在48000元左右 。2019年11月，国家第二批组织药品集中采购结果公布后，白蛋白紫杉醇价格降幅较大，但对于普通收入家庭来说负担仍不小 。
为了降低紫杉醇的生产成本，
科学家们进行了长期不懈的努力 。
由于缺乏红豆杉的全基因组信息，
多种重要的解决方法都无法高效开展，
包括利用分子育种技术提高红豆杉的
紫杉醇含量或加快红豆杉的生长速度，
或者利用合成生物学技术实现
紫杉醇在大肠杆菌或酵母等微生物中的生物全合成 。
全基因组测序
中国科学家们成功完成了南方红豆杉的全基因组测序，组装了染色体级别的高质量参考基因组 。测序结果显示，南方红豆杉基因组大小为10.23 Gb，与银杏等裸子植物大小相当 。在随后的研究中，科研人员发现红豆杉基因组经历了一次古代的全基因复制事件，并且其基因组中的重复序列经历了长期而连续的插入过程 。在漫长的进化过程中，红豆杉不仅形成了独特的转座子家族，而且进化出独有的紫杉醇生物合成相关基因家族 。该研究首次发现了紫杉醇合成基因在红豆杉9号染色体上的聚集分布现象，并在其中鉴定了首个紫杉醇生物合成基因簇，由6个基因串联组成，主要负责催化紫杉醇生物合成的前两步 。
据了解，该研究是红豆杉和紫杉醇研究领域的重大突破，将深化人类对于紫杉醇生物合成途径及其遗传基础的理解，有助于解答裸子植物基因组进化领域的关键科学问题 。研究所发现的候选基因为紫杉醇的合成生物学研究提供了丰富的遗传资源和靶标，为未来生物全合成紫杉醇奠定了基础 。
【大熊猫桫椤 植物中的大熊猫红豆杉事件】基因组所研究员熊兴耀、苟君波博士后、助理研究员廖庆刚和湖南农业大学副教授李炎林为该论文共同第一作者，基因组所研究员闫建斌和黄三文为该论文共同通讯作者 。
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