本站消息 近日，学校中药材科技创新团队在国际学术期刊Horticulture Research（中科院1区TOP，影响因子9.5）发表题为“A telomere-to-telomere genome of Dactylicapnos scandens reveals O-methyltransferase-mediated diversification of benzylisoquinoline alkaloids”的研究论文。研究构建了药用植物紫金龙（Dactylicapnos scandens (D. Don) Hutch.）的高质量端粒到端粒（T2T）参考基因组，并结合比较基因组学、酶功能验证、分子对接和定点突变，从基因家族扩张、酶催化功能及关键结构位点等层面解析了苄基异喹啉类生物碱结构多样化的分子机制。

紫金龙为罂粟科多年生藤本植物，富含异紫堇定、紫堇定等阿朴啡型苄基异喹啉类生物碱，具有重要的药用价值和开发潜力。长期以来，由于缺乏高质量参考基因组，其活性成分形成和结构多样化的遗传与酶学基础尚不清楚。研究团队综合利用PacBio HiFi、Hi-C和二代测序等技术，构建了大小为300.86 Mb的紫金龙T2T参考基因组，并将其锚定至8条染色体。该基因组Contig N50和Scaffold N50分别为31.52 Mb和36.91 Mb，BUSCO完整度达到99.0%，其中5条染色体实现无缺口组装，共鉴定到15个端粒，为紫金龙功能基因挖掘及药用成分生物合成研究提供了高质量基因组资源。

图1 紫金龙T2T基因组特征与进化分析

比较基因组学分析显示，紫金龙保留了毛茛目植物共同祖先的全基因组复制信号。研究共鉴定出132个苄基异喹啉类生物碱生物合成候选基因，其中包括29个NCS基因和23个OMT基因。复制模式分析表明，串联复制是该通路基因扩张的主要方式，占全部复制事件的40.91%；在OMT家族中，56.52%的成员与串联复制有关。这些结果表明，在祖先全基因组复制形成的进化背景下，近期发生的局部串联复制可能直接推动了NCS和OMT等关键基因家族的扩张。

图2 苄基异喹啉类生物碱合成通路与基因家族扩张

研究团队对23个DsOMT候选酶开展体外功能验证，发现多个成员能够作用于苄基异喹啉型、原小檗碱型和阿朴啡型等不同骨架底物，表现出较宽的底物作用范围。其中，DsOMT18和DsOMT19均可催化（S）－紫堇块茎碱发生C1位和C11位甲基化，分别生成异紫堇定和紫堇定；动力学分析显示，DsOMT19催化异紫堇定形成的效率高于DsOMT18。相关结果为紫金龙中两种代表性阿朴啡类生物碱的形成提供了直接的酶学证据。

图3 DsOMT催化功能与关键位点解析

结合分子对接和定点突变，研究进一步解析了DsOMT催化活性与区域选择性的结构基础。D216和D236是维持SAM依赖型甲基转移活性所必需的关键位点，254-255区域主要参与底物定位和甲基化位点选择，D304、N308和Q111等位点可进一步调节反应效率和底物偏好。值得注意的是，DsOMT19中的保守H254可与（S）－紫堇块茎碱C1位羟基形成氢键，可能构成其较高C1-O-甲基化活性的结构基础。该研究将高质量基因组资源与酶学机制研究相结合，为进一步解析阿朴啡类生物碱的生物合成机制，以及开展相关生物制造和药用种质创新提供了基因资源和理论基础。

农学与生物技术学院已毕业硕士生李明、在读博士生刘祥宇为论文共同第一作者，学校中药材科技创新团队的杨生超教授、沙本才副教授、和四梅副教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金 (82160727）和云南省特色植物提取实验室项目（2022YKZY001）资助。

论文链接： https://doi.org/10.1093/hr/uhag314

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