Nature Communications | 基因组所闫建斌团队发现紫杉烷生物合成基因群岛

长久以来，与红豆杉亲缘相近的珍稀树种白豆杉能否产生抗癌药物紫杉醇，始终存在争议，给紫杉醇合成途径起源与演化的研究带来了长期的困惑。

2026年8月26日，中国农科院基因组所（大鹏湾实验室）闫建斌团队在《自然·通讯（Nature Communications）》在线发表题为 ”Archipelago architecture and evolution of paclitaxel biosynthesis revealed by the Pseudotaxus chienii haplotype-resolved genome” 的研究论文。

该研究破译了白豆杉染色体水平单倍型基因组，发现了紫杉烷生物合成“基因群岛”这一特殊的基因组织模式。不同于常见的“基因簇”组织模式，紫杉烷合成通路的基因像岛屿般散落在广阔的染色体区域，形成一个由多个相互关联的基因和基因簇构成的高阶基因网络，为复杂植物代谢通路基因的基因组组织模式提供了新范例。研究还表明，白豆杉虽然保留了核心的紫杉醇生物合成遗传架构，但末端通路功能的严重退化，导致紫杉醇合成能力微弱，代谢产物更多流向其他紫杉烷类化合物。该研究为理解紫杉醇代谢途径的基因组织模式和演化退化等提供了新的科学框架，也为白豆杉物种保护、紫杉宁J等高价值紫杉烷类化合物的定向代谢工程改良提供了重要支撑。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77115-w

白豆杉是红豆杉科白豆杉属唯一现存物种，为我国特有的珍稀裸子植物，与红豆杉亲缘关系密切。紫杉醇是红豆杉最具代表性的天然产物之一，也是重要的抗肿瘤药物成分。由于白豆杉与红豆杉亲缘相近，白豆杉是否保留了与紫杉醇生物合成相关的遗传基础、是否具有合成紫杉醇的能力，一直备受关注。

白豆杉

此前对白豆杉能否产生紫杉醇一直存在不同结论：有研究未检测到紫杉醇，也有研究报道存在一定积累；此前发表的一项基因组研究还提出，白豆杉的紫杉醇生物合成通路可能并不完整。造成这一问题长期难以理清的一个重要原因，是白豆杉基因组十分庞大且结构复杂，其基因组大小约为 15.4Gb，其中超过88%的序列由重复序列构成。准确找到相关基因并判断这些基因是否仍具备正常功能并不容易。

白豆杉单倍型分辨基因组及基因组演化特征

科研团队运用基因组测序、转录组和代谢物检测等手段，组装出白豆杉两套染色体水平的高质量基因组图谱，并系统追踪紫杉烷生物合成相关基因的位置、表达和功能。研究发现，白豆杉中紫杉烷合成相关基因并不集中一处，大多数相关基因分布在同一条染色体上。不同于传统基因簇的紧密排列模式，这些基因散布在8号染色体末端约80.7 Mb的巨大区域内，形成3个主要生物合成基因簇，同时还有多个关键基因分散其间，如同散布在大海中的岛屿和礁石。研究人员将这种特殊的基因组织模式命名为“基因群岛”模式。进一步分析发现，虽然这些基因在染色体上的位置并不紧邻，但大量相关基因仍保持协调表达，表明这种群岛式组织能够在物理分散的情况下维持功能上的协同，形成了一种高度关联的高阶基因组织模式，为复杂植物代谢通路的基因组织形式提供了新的范例。

紫杉烷生物合成基因群岛

研究进一步发现，白豆杉保留了这片"群岛"的总体布局，也保留了较为完整的紫杉醇生物合成相关遗传架构，但“基因还在”并不意味着“功能仍然完整”。与红豆杉相比，白豆杉中通路上游和中游的多个关键酶仍保持较好的催化能力，而到了通路后期，部分关键酶的催化效率明显下降，多个通路后期酶在实验体系中未检测到相应产物，说明其紫杉醇合成末端通路功能发生了明显退化。代谢物检测也显示，紫杉醇仅在极少数样品中以痕量水平检出，而紫杉宁 J 等其他紫杉烷类化合物则明显积累，表明其代谢产物更多流向了其他紫杉烷分支。

该研究揭示了紫杉醇代谢通路的新型基因组组织形式及其演化退化机制，不仅为白豆杉种质资源保护与遗传资源挖掘利用提供了重要理论依据，也为紫杉宁J等高附加值化合物的代谢工程改良及绿色生物制造产业化提供了关键技术支撑。

基因组所（大鹏湾实验室）闫建斌研究员、博士后李嘉明为论文共同通讯作者。闫建斌团队在读博士研究生汪欢（华南农大联培）、原科研助理陈海东和博士后孙亚平为论文共同第一作者。山东农业大学高连明教授等参与了相关研究。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程、新基石科学基金会科学探索奖等项目的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-77115-w