近日，中國農業科學院深圳農業基因組研究所農業生物轉錄組與代謝組學團隊成功解碼珍稀抗癌植物紅豆杉高質量基因組，揭示天然抗癌藥物紫杉醇生物合成的遺傳基礎。該研究對于指導紅豆杉遺傳育種和種質資源的高效利用具有重要意義，并為我國的紫杉醇合成生物學生物制造提供生物數據保障，為下一步開發綠色環保、可持續生產的紫杉醇生物合成策略提供關鍵基礎。相關研究成果發表在《自然植物（Nature Plants）》上。
“植物大熊貓”紅豆杉是我國一級珍稀瀕危保護植物，還被全世界42個國家稱為“國寶”。由紅豆杉產生的獨特的二萜類化合物紫杉醇，上世紀60年代首次從紅豆杉樹皮中分離鑒定。1992年首款紫杉醇注射液上市。作為已知療效最好的植物源明星抗腫瘤藥物，紫杉醇能夠特異性調控微管蛋白從而抑制腫瘤細胞的異常分裂增殖，被廣泛應用于各種實體瘤的臨床治療，是癌癥化學藥物治療的“主力軍”。
基因組所研究員閆建斌介紹說，紫杉醇在紅豆杉中含量非常低，加之紅豆杉生長十分緩慢，造成當前的紫杉醇供需矛盾。再加上缺乏紅豆杉基因組數據的指導，尚未完全解析紫杉醇生物合成通路，這些問題正制約著該領域的發展。
研究人員通過對南方紅豆杉單倍型胚乳材料全基因組測序，成功組裝了染色體級別的高質量參考基因組。研究顯示，一是南方紅豆杉基因組經歷了一次古代的全基因組復制事件，并在其基因組中的重復序列經歷了長期而連續的插入過程，這解釋了紅豆杉在進化過程中基因組變大的原因；二是紅豆杉在進化過程中，形成了獨有的Gypsy、Copia轉座子家族以及紫杉醇生物合成相關基因家族，這是紅豆杉遺傳獨特性的一種體現；三是通過系統分析紫杉醇合成相關基因的基因組定位與協同表達調控以及繪制多個相關基因家族的基因組位置圖譜，發現其合成相關基因在南方紅豆杉染色體上存在聚集分布和受植物激素茉莉素協同調控的趨勢；四是通過鑒定首個紫杉醇生物合成基因簇，證明紅豆杉的紫杉醇生物合成存在基因簇組織和調控模式。
該研究得到合成生物學國家重點研發計劃的資助。
