当归基因组和多组学数据整合分析揭示了其药用生物活性化合物的合成与进化的新发现

在中国传统医学中，当归（Angelica sinensis，2n=22）一直被誉为“补血圣药”，其干燥根部拥有丰富的药用价值，包括补血活血、调经止痛、润肠通便等。然而，尽管被广泛应用，当归中药用生物活性化合物的生物合成基础一直不为人知，这限制了我们对这种珍贵草药的深入理解和科学利用。

中国科学院西北高原生物研究所作物分子育种重点实验室联合华大基因公司，组装完成了一个染色体水平的当归参考基因组序列，大小为2.16 Gb，其中Contig N50为4.96 Mb，Scaffold N50为198.27 Mb，组装完整率达到99.8%。这一高精度基因组的完成，不仅大大提升了我们对当归遗传信息的理解，而且标记了41,040个高置信度基因，为后续研究奠定了坚实的基础。更为重要的是，研究团队通过整合基因组、代谢组和转录组数据，成功揭示了当归早花后根中药用生物活性化合物含量变化的分子机制。研究发现，在当归早花后根部，苯丙烷代谢途径中阿魏酸的含量显著下降，而香豆素和木脂素类化合物的含量则相对上升，相关基因如F5H的表达量急剧上调。此外当归早花后根中的苯酞类和其他萜类挥发物含量减少，涉及单萜合成途径的IPPI基因和两个GPPS基因的表达量显著下调，萜类化合物合成途径的五个TPS基因表达量以及与藁苯内酯合成相关的两个ACC基因和两个PKS基因也普遍下调。值得注意的是，TPSs、ACCs、PKSs以及与香豆素类化合物合成相关的基因PTs在当归中均有扩增现象，这些基因的扩增可能与当归药用生物活性化合物的合成直接相关。通过这一研究，我们不仅提升了传统草药当归的科学价值，也展示了现代基因组学在传统中药现代化进程中的应用潜力，为未来中药研究和应用开启了新篇章。

研究结果以Integrating genomic and multiomic data for Angelica sinensis provides insights into the evolution and biosynthesis of pharmaceutically bioactive compounds为题发表在Communications Biology（中国科学院一区 IF 5.9）。华大基因公司李世明、丘璨瑜和西北高原所金鑫为论文共同第一作者，华大基因公司赵山岑、西北高原所刘宝龙和湖南农业大学赵剑为论文共同通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-023-05569-5

图 苯酞类物质的合成与调控 a.正常生长当归（NG）和早花当归（EF） b.丙二酰辅酶A的合成代谢途径 c.正常当归和早花当归根中ACC基因的表达量热图 d. 正常当归和早花当归根中ACC基因和PKS基因的表达量值（FPKM）e.当归中PKS基因的进化树，及其在正常当归和早花当归中根的表达量热图。