基因组所发布首个当归基因组，研究解析香豆素合成和进化机制

“山药，当归，枸杞，GO” ，周杰伦的《本草纲目》中有一句耳熟能详的歌词。

当归 (Angelica sinensis) ，被誉为“血中圣药” ，具有润肠通便、补血活血、调经止痛之功效。在《药学辞典》中记载道“因能调气养血，使气血各有所归，故名“当归”。当归不仅能入药，还常常用来煲汤，著名的补血养血的“四物汤”的原料就包括当归。

近日，基因组所王丽课题组组装完成了首个伞形科当归属重要药用植物当归的染色体级别参考基因组序列，解析破译了当归调气养血奥秘，为伞形科植物进化提供了新见解，揭示了镇痛补血主要成分—香豆素类化合物的合成和进化机制。相关研究成果发表在《植物杂志（The Plant Journal）》上。

研究人员利用HiFi和Hi-C技术开展了当归的全基因组测序和组装，组装得到基因组大小为2.37 Gb（Contig N50为25.42 Mb），组装完整率98.6%，共注释得到43,202个基因。研究发现当归与伞形科植物水芹大约在2,770万年前发生分化，并经历一次芹亚科特有的全基因组加倍事件。

图1｜当归基因组

研究人员通过基因组、转录组和代谢组分析，对当归简单香豆素合成基因及其转录因子进行研究，筛选了当归中简单香豆素合成和调控的关键基因。如调控伞形花内酯合成的COSY，秦皮乙素合成的F6’H和相应的转录因子NAC和MYB等。以上结果为香豆素类化合物的生物合成提供了新的思路，并为加快香豆素类化合物的遗传学研究和医学应用提供了基础。

图2｜当归简单香豆素合成途径

呋喃香豆素类在被子植物中主要分布在四个科：伞形科、桑科、芸香科和豆科。该论文系统研究了呋喃香豆素合成路径中的限速酶prenyltransferase (PT) 基的进化历史。通过分析PT基因从苔藓植物到被子植物的演化历史，阐明PT基因重复的时间和机制，表明呋喃香豆素合成在伞形科、桑科、芸香科和豆科中独立进化。该研究结果为呋喃香豆素合成在被子植物中的进化机制提供了重要的见解。

图3｜PT基因进化历史

基因组所王丽研究员和莫道克大学任永林教授为论文的通讯作者。博士生韩晓栩和博士后李诚为论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研究与发展计划(2020YFA0907900)、国家自然科学基金(32070242)、深圳市科技计划(KQTD2016113010482651)、深圳市大鹏新区科技创新与产业发展专项基金(RC201901-05，PT201901-19)、中国博士后科学基金 (2020M672904)、广东省基础及应用基础研究基金 (2020A1515110912)的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16007

王丽课题组介绍

王丽，研究员。2006年武汉大学本科毕业，2011年获得中国科学院植物研究所植物进化方向博士学位，其后相继在美国德州理工大学，爱荷华州立大学和加州大学戴维斯分校从事博士后研究。以第一作者或通讯作者在Genome Biology, Molecular Biology and Evolution, Science China Life Science, New Phytologist, The Plant Journal等国际期刊。课题组主要致力于探讨植物在进化过程中的演变，利用多组学数据相结合的手段探讨药用植物有效成分合成的分子机理和进化机制。

课题组诚聘博士后，欢迎感兴趣的博士联系：wangli03@caas.cn