科學(xué)家解碼罌粟基因組

科學(xué)家已經(jīng)確定了罌粟基因組的DNA代碼，揭示了植物如何進(jìn)化以生產(chǎn)用于制造重要藥物的藥物化合物的關(guān)鍵步驟。

這一發(fā)現(xiàn)可能為科學(xué)家們提高藥用植物的產(chǎn)量和抗病性鋪平道路，確保可靠和廉價(jià)地提供最有效的緩解疼痛和姑息治療的藥物。

約克大學(xué)的研究人員與英國(guó)惠康桑格研究所和國(guó)際同事共同取得的突破揭示了導(dǎo)致咳嗽抑制劑諾斯卡品和止痛藥嗎啡和可待因的生成的遺傳途徑的起源。

來(lái)自約克大學(xué)生物系新農(nóng)產(chǎn)品中心的共同通訊作者Ian Graham教授說(shuō)：“生物化學(xué)家?guī)资陙?lái)一直對(duì)植物如何進(jìn)化成為最豐富的化學(xué)多樣性來(lái)源之一感到好奇在地球上。我們的研究使用高質(zhì)量的基因組裝配，破譯了罌粟的發(fā)生情況。

“與此同時(shí)，這項(xiàng)研究將為分子植物育種工具的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，這些工具可用于確?？煽慷畠r(jià)地供應(yīng)最有效的止痛藥，用于緩解疼痛和姑息治療的社會(huì)但也是發(fā)展中國(guó)家“。

目前正在開(kāi)發(fā)基于合成生物學(xué)的制備諸如諾斯卡品，可待因和嗎啡的化合物的方法，其中來(lái)自植物的基因被工程化到微生物系統(tǒng)如酵母中以使得能夠在工業(yè)發(fā)酵罐中生產(chǎn)。然而，罌粟仍然是這些藥物化合物中最便宜和唯一的商業(yè)來(lái)源。

來(lái)自英國(guó)約克大學(xué)和惠康桑格研究所的科學(xué)家，以及來(lái)自西安交通大學(xué)和中國(guó)上海海洋大學(xué)以及Sun Pharmaceutical Industries(Australia)Pty Ltd的同事，共同創(chuàng)造了2.7 GigaBase基因組的高質(zhì)量組裝。序列分布在11條染色體上。

這使得研究人員能夠識(shí)別出一大群15個(gè)基因，這些基因編碼參與兩種不同生物合成途徑的酶，這兩種生物合成途徑參與了諾斯卡品和導(dǎo)致可待因和嗎啡的化合物的生成。

植物具有復(fù)制其基因組的能力，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，重復(fù)基因可以自由地進(jìn)化以做其他事情。這使得植物能夠開(kāi)發(fā)新的機(jī)器來(lái)制造多種化學(xué)化合物，用于抵御有害微生物和食草動(dòng)物的侵襲，并吸引有益物種如蜜蜂來(lái)幫助授粉。

基因組裝配使研究人員能夠識(shí)別共同產(chǎn)生STORR基因融合的祖先基因，這是導(dǎo)致嗎啡和可待因途徑的第一個(gè)主要步驟。這種融合事件發(fā)生在7,800萬(wàn)年前罌粟基因組中相對(duì)較新的全基因組重復(fù)事件之前。

來(lái)自西安交通大學(xué)的副校長(zhǎng)Kai Ye教授說(shuō)：“高度重復(fù)的植物基因組和過(guò)去1億年間混合的進(jìn)化事件使我們的分析變得復(fù)雜。我們利用互補(bǔ)的尖端基因組測(cè)序技術(shù)和復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和分析研究罌粟基因組進(jìn)化歷史的方法。

“令人感興趣的是，由于一系列重復(fù)，改組和融合結(jié)構(gòu)事件，兩種生物合成途徑進(jìn)入相同的基因組區(qū)域，從而能夠協(xié)同生產(chǎn)新的代謝化合物。”

來(lái)自Wellcome Trust Sanger Institute的聯(lián)合第一作者Zemin Ning教授說(shuō)：“結(jié)合各種測(cè)序技術(shù)是生產(chǎn)罌粟基因組高質(zhì)量組裝的關(guān)鍵?；蚪M大小與人類(lèi)相似，這個(gè)項(xiàng)目的主要挑戰(zhàn)是處理重復(fù)構(gòu)成基因組70.9%的元素。“

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