细胞报告:揭示鼠尾草的基因组特征和丹参酮的进化机制

药用鼠尾草(Salvia officinalis)英文名直译为sage，与丹参Bge同属唇形科鼠尾草属。在中国。丹参在西方被称为中国的圣草，它们分别是东方和西方著名的药用植物。中国科学院分子植物科学卓越创新中心、上海陈山植物园、复旦大学和英国约翰英尼斯中心合作完成了药用鼠尾草的全基因组序列。通过对丹参的代谢组学和比较基因组学分析，揭示了丹参中二萜类化合物的进化特征和丹参酮合成途径的形成机制。8月16日，相关研究成果发表在《细胞报告》上，标题为《Sage基因组提供者洞察植物中地烯生物合成基因簇的进化动态》。

鼠尾草原产于南欧和地中海地区。它可用于医药，以及芳香和观赏植物。其体内富含萜类化合物，包括松香烯二萜和其他重要的活性成分。代谢组学分析表明，二萜类化合物在鼠尾草的根和叶中合成，而丹参主要在根中合成一种特殊的松香烯二萜类化合物如丹参酮，叶中基本不积累。

研究团队对药用鼠尾草7条染色体的优质基因组进行了测序、组装和注释，大小为480 Mb。发现药用鼠尾草的二萜合成基因簇中有两套二萜合酶基因，分别在叶和根中表达，为地上部分和地下部分的枞烯二萜合成途径提供了框架。然而，只有一组根特异性二萜合酶基因保留在丹参基因组的相应位置，与共表达的氧化修饰酶一起塑造了两种鼠尾草属植物不同的二萜化合物类型和积累特征。

代谢途径合成基因簇(BGC)在微生物和植物中普遍存在，一般认为它有利于表达调控的一致性。合成基因上游序列分析表明，鼠尾草地上部分和地下部分的二萜合酶具有不同的顺式调控元件，塑造了其表达特征的分化。这项工作显示了进化的多样性和代谢合成基因簇的调节。

鼠尾草为多年生常绿灌木，丹参为多年生草本植物。进化分析表明，丹参在与欧洲鼠尾草分化后，失去了萜烯合酶基因的地上拷贝，这与东亚和地中海欧洲的气候差异相对应。该研究揭示了植物进化过程中化合物积累特征适应环境的微观进化过程，为分析丹参酮和丹酚酸等重要活性成分的合成途径奠定了基础。