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穿心蓮基因組

藥用植物穿心蓮基因組提供了生物活性二萜類新穿心蓮內酯生物合成的洞察。
 

貝納基因聯合中國中醫科學院中藥研究所共同完成了中藥大品種穿心蓮的全基因組測序工作,并在此基礎上結合代謝組學及功能基因鑒定等工作對穿心蓮內酯及新穿心蓮內酯的合成途徑進行了進一步的解析,發表在PlantJournal雜志(doi:10.1111/tpj.14162)。
穿心蓮(Andrographispaniculata)是一種草本藥用植物,可以產生大量的抗炎二萜內酯類物質穿心蓮內酯、新穿心蓮內酯及其類似物。穿心蓮之名首載于民國《嶺南采藥錄》,其性味苦,寒。歸心、肺、大腸,有清熱解毒、涼血、燥濕之功效;穿心蓮內脂并有抑菌、解熱、抗炎等作用。
穿心蓮基因組組裝的完成,為穿心蓮的開發利用及其藥用成分的合成生物學研究奠定基礎。中藥基因組復雜,雜合度高,貝納基因團隊克服了在二代測序技術時代解決不了的高雜合、高重復基因組組裝的難題,這一工作將極大的推動植物基因組尤其是藥用植物基因組測序的發展。
 

文章發表
標題:The medicinal plant Andrographis paniculata genome provides insight into biosynthesis of the bioactive diterpenoid neoandrographolide

期刊名:The Plant Jounal

影響因子:IF=5.775
 

物種概況
穿心蓮(Andrographispaniculata)屬于爵床科(Acanthaceae)的藥用草本植物。已被收錄在《中華人民共和國藥典》和《印度阿育吠陀藥典》中。在中國傳統醫藥應用中穿心蓮具有清熱解毒、涼血,消腫的功能,主要用于感冒發熱、咽喉腫痛,口舌生瘡等疾病的治療。現代醫學證明穿心蓮內酯是其的主要有效成份,具有消炎止痛之功效。現代研究顯示穿心蓮對細菌性與病毒性上呼吸道感染及痢疾有特殊療效,被譽為天然抗生素藥物。
 
測序策略

DNA測序策略
測序平臺:
PacBio(42×)
Hi-C輔助基因組組裝

RNA測序策略
測序平臺:PacBio
組織來源:根、營養莖、幼葉、花、成熟果實,以及50nMMeJA處理0、24、48小時后的幼苗子葉
 

研究結果

1、PacBio平臺生成總數據量11.8G,通過三代數據進行組裝,組裝基因組大小269Mb,覆蓋了預估基因組的~96%,contigN50為388Kb。通過BUSCO對基因組完整性進行評估,完整性達到89.4%。通過Hi-C技術,95%以上序列掛載到24條染色體上,最大和最小長度分別是14.7Mb和7.7Mb。
2、共預測出25428個蛋白質編碼基因,轉錄本平均長度為3412bp,CDS平均長度為1255bp。
3、穿心蓮、番茄、夾竹桃和釀酒葡萄四個物種共同經歷了一次多倍化事件。穿心蓮在大約58.8百萬年與其祖先猴面花和芝麻分離后,并沒有再經歷WGD事件。
4、穿心蓮基因家族數量與芝麻、擬南芥和絲葉貍藻相近,與近緣物種葡萄、番茄和馬鈴薯相比較,發現了587個物種特異基因家族。在基因組家族擴張的這些基因組發現了兩類和穿心蓮內酯合成相關的關鍵性基因—萜烯合酶(TPS)和細胞色素P450單加氧酶(CYP)發生顯著性富集,這些酶對于次級代謝產物穿心蓮內酯和新穿心蓮內酯的合成具有重要的作用。
5、利用茉莉酸甲酯處理的穿心蓮轉錄組數據,鑒定出編碼二萜物質合成酶、細胞色素P450單氧合酶、2-氧戊二酸依賴的二氧合酶和UDP依賴糖基轉移酶。
6、Ent-copalol中間體經過細胞色素P450和其他酶類進一步修飾,提供特殊的二萜類化合物。對ApCPSs和ApKSLs基因進行功能和立體化學分析。
 
研究意義

1、對穿心蓮的遺傳進化機制研究和分子遺傳育種等研究工作具有重要的意義;
2、對研究中藥穿心蓮的生物活性物質二萜內酯成分的合成具有重大的參考價值;
3、將極大推動藥用植物基因組研究的發展,是本草基因組學研究的一項重要突破。
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