藥用鼠尾草基因組特征及丹參酮進化機制

　　藥用鼠尾草（Salvia officinalis）英文名直譯“圣草”，與我國的丹參（Salvia miltiorrhiza Bge.）同屬唇形科鼠尾草屬；丹參在西方被稱為“中國圣草”，二者分別為東方和西方著名的藥用植物。中國科學院分子植物科學卓越創新中心、上海辰山植物園、復旦大學以及英國John Innes Centre等合作，完成了藥用鼠尾草的全基因組序列，通過丹參的代謝組學和比較基因組學分析，揭示了鼠尾草屬植物二萜成分的進化特征和丹參酮合成途徑的形成機制。8月16日，相關研究成果以The Sage Genome Provides Insight into the Evolutionary Dynamics of Diterpene Biosynthesis Gene Cluster in Plants為題，發表在Cell Reports上。

　　藥用鼠尾草原產歐洲南部及地中海地區，可藥用，亦可作為芳香和觀賞植物，體內含有豐富的萜類成分，包括松香烷型二萜化合物等重要的活性成分。代謝組學分析發現，藥用鼠尾草中根和葉中均合成二萜類化合物，而丹參則主要在根部合成丹參酮等一類特殊的松香烷二萜，葉片基本不積累。

　　科研團隊測序、組裝和注釋了藥用鼠尾草7條染色體的高質量基因組，大小為480 Mb。比較分析發現，藥用鼠尾草中二萜合成基因簇上含有兩套二萜合酶基因分別在葉和根中表達，為地上與地下部分的松香烷二萜合成途徑提供了骨架，而丹參基因組相應的位置僅保留了一套根特異的萜類合酶基因，它們與共表達的氧化修飾酶一起，塑造了兩種鼠尾草屬植物不同的二萜化合物種類和積累特征。

　　代謝途徑合成基因簇（BGC）常見于微生物與植物中，之前普遍認為這有利于表達調控的一致性。對合成基因的上游序列分析發現，藥用鼠尾草中地上與地下部分的二萜合酶具有不同的順式調控元件，塑造了它們的表達特征的分化。該工作展現了代謝合成基因簇的進化與調控多樣性。

　　藥用鼠尾草為多年生常綠灌木，丹參為多年生宿根草本植物。進化分析表明，丹參在與歐洲鼠尾草類群分化之后丟失了地上部分拷貝的萜類合酶基因，這與東亞和歐洲地中海地區的氣候差異相對應。該研究揭示了植物在進化過程中，化合物積累特征與環境相適應的微進化過程，并為解析丹參酮與丹酚酸等重要活性成分的合成途徑奠定了基礎。

　　研究工作得到國家重點研發計劃、上海市綠化和市容管理局辰山專項的支持。