近日，南京師范大學生命科學學院丁小余教授研究團隊在藥學卓越領軍期刊《Acta Pharmaceutica Sinica B》（中科院一區(qū)，SCI影響因子為14.8）發(fā)表突破性研究成果，成功完成了細莖石斛（
Dendrobium
moniliforme(L.) Sw.）染色體級別全基因組的高精度組裝，首次揭示了黃酮類與類胡蘿卜素生物合成的關鍵調控機制，為提升蘭科藥用植物的經濟價值提供了科學依據(jù)。
細莖石斛作為蘭科石斛屬植物傳統(tǒng)藥材——銅皮楓斗的原料，其黃酮類化合物具有抗炎、抗氧化、抗糖尿病以及抗癌等顯著功效，但基因組信息的缺失長期制約其活性成分開發(fā)與分子育種研究。研究團隊采用PacBio長讀長測序技術，結合Hi-C染色體構象捕獲技術，成功克服石斛蘭基因組高度雜合、重復序列占比高的組裝難題，最終獲得總長1.20 Gb的高質量基因組（contig N50達3.97 Mb），BUSCO評估完整性達91.4%。通過比較基因組學分析，團隊發(fā)現(xiàn)細莖石斛基因組中擴張的基因家族顯著富集于次生代謝途徑，尤其是黃酮類和類胡蘿卜素合成相關基因簇，為功能基因挖掘奠定堅實基礎。
通過整合基因組與多組織轉錄組數(shù)據(jù)，研究團隊系統(tǒng)鑒定了黃酮類、多糖、類胡蘿卜素及生物堿生物合成相關的128個酶基因，并構建了代謝通路調控網絡。進一步聚焦于植物次生代謝的核心調控因子——R2R3-MYB轉錄因子家族，轉錄因子DMYB69被證實為黃酮類合成的核心激活因子。通過亞細胞定位實驗確認其定位于細胞核后，研究團隊利用瞬時過表達技術，在細莖石斛瞬時過表達DMYB69，結果顯示花青素、黃酮及黃酮醇含量提升。進一步通過酵母單雜交和雙熒光素酶報告系統(tǒng)，揭示DMYB69可直接結合黃酮合成關鍵酶基因（如CHS、F3H）的啟動子區(qū)域，激活其表達。另一轉錄因子DMYB44被鎖定為類胡蘿卜素合成的關鍵調控者。通過HPLC定量分析，過表達DMYB44的植株中β-胡蘿卜素和葉黃素含量分別增加研究進一步發(fā)現(xiàn)，DMYB44通過特異性結合類胡蘿卜素合成基因PSY等的啟動子，驅動其高效表達。這一發(fā)現(xiàn)不僅解釋了細莖石斛成分積累的分子基礎，也為通過基因編輯精準調控代謝通路提供了靶點。該研究首次在石斛蘭中建立了“基因組-代謝組-調控網絡”三位一體的研究框架，為解析次生代謝復雜調控機制提供了范式。
來源：南京師范大學生命科學學院
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