重磅 | 西安交通大学首次以第一单位登上Science，顺利组装罂粟基因组图谱

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基于吗啡的止痛药来自罂粟。2018年8月31日，西安交通大学叶凯研究组联合英国约克大学Graham研究组在Science发表题为“The opium poppy genome and morphinan production”的研究论文，该论文报告了罂粟基因组草图，其中2.72 Gb组装成11条染色体，重叠群N50和支架N50分别为1.77 Mb和204 Mb，Paralog分析鉴定了P450和氧化还原酶基因，这些基因组合形成了对罂粟中吗啡喃生物合成必不可少的STORR基因融合体。 因此，基因复制，重排和融合事件导致罂粟中特化代谢产物的进化。另外，经过iNature团队的仔细检索，我们发现该文是西安交通大学首次以第一单位登上Science，非常的出色。

纵观历史，罂粟（Papaver somniferum L.）既是人类文明的朋友也是敌人。在新石器时代使用以来，被称为鸦片的树液含有各种生物碱，包括吗啡和可卡因，其作用范围从缓解疼痛和抑制咳嗽到兴奋，嗜睡和成瘾。基于阿片类药物的镇痛药仍然是缓解严重疼痛和姑息治疗的最有效和最便宜的治疗方法，但由于其成瘾性质，谨慎的医疗处方对于避免滥用是至关重要的。解决中低收入国家贫困人口无法获得缓解疼痛或姑息治疗的问题，已被公认为全球健康和公平的必要条件。

化学合成或合成生物学方法对于任何吗啡喃亚类苄基异喹啉生物碱（BIA）尚不具有商业可行性，并且罂粟仍然是唯一的商业来源。基因组重排在罂粟中BIA代谢的进化中起重要作用。例如，一组10个基因编码用于产生镇咳和抗癌化合物诺斯卡品的酶，其属于BIA的酞喹啉亚类，并且P450氧化还原酶基因融合负责关键合成步骤。反应导向代谢物向吗啡喃分支并远离诺斯卡品分支。

在这里，西安交通大学叶凯研究组联合英国约克大学Graham研究组提出了罂粟基因组的序列组装，该论文报告了罂粟基因组草图，其中2.72 Gb组装成11条染色体，重叠群N50和支架N50分别为1.77 Mb和204 Mb，Paralog分析鉴定了P450和氧化还原酶基因，这些基因组合形成了对罂粟中吗啡喃生物合成必不可少的STORR基因融合体。 因此，基因复制，重排和融合事件导致罂粟中特化代谢产物的进化。以帮助观察BIA代谢的进化，并为进一步改善这种药用植物提供基础。

原文链接：

http://science.sciencemag.org/content/early/2018/08/29/science.aat4096

Abstract

Morphinan-based painkillers are derived from opium poppy. We report a draft of the opium poppy genome, with 2.72 Gb assembled into 11 chromosomes with contig N50 and scaffold N50 of 1.77 Mb and 204 Mb, respectively. Synteny analysis suggests a whole genome duplication at approximately 7.8 million years ago (MYA) and ancient segmental or whole genome duplication(s) that occurred before the Papaveraceae-Ranunculaceae divergence 110 MYA. Syntenic blocks representative of phthalideisoquinoline and morphinan components of a benzylisoquinoline alkaloid cluster of 15 genes provides insight into how it evolved. Paralog analysis identified P450 and oxidoreductase genes that combined to form the STORR gene fusion essential for morphinan biosynthesis in opium poppy. Thus gene duplication, rearrangement and fusion events have led to evolution of specialized metabolic products in opium poppy.

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