植物是優(yōu)秀的“化學(xué)家”,可以合成20-100萬(wàn)多種結(jié)構(gòu)和功能各異的天然小分子化合物。植物次生代謝小分子化合物在植物生長(zhǎng)發(fā)育、脅迫響應(yīng)、抗病抗逆、植物與環(huán)境互作等方面都有重要作用,它們中的大部分只在特定的植物家族或者物種中分布,其生物合成往往涉及到多種多樣的酶反應(yīng)步驟和亞細(xì)胞分區(qū)。植物的基因組重復(fù)序列多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大小不一,使得長(zhǎng)久以來(lái)挖掘植物次生代謝物多樣性的分子進(jìn)化機(jī)制進(jìn)展緩慢。隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的植物基因組和泛基因組被報(bào)道,這些數(shù)據(jù)為解析代謝多樣性的基因組基礎(chǔ)提供了豐富的材料。
2022年1月20日,?Plant Communications?在線發(fā)表了上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院劉振華課題組題為?Unlocking Plant Metabolic Diversity: A (pan)-Genomic View?的綜述,總結(jié)植物次生代謝小分子多樣性的(泛)基因組基礎(chǔ)。
圖. 代謝多樣性的基因組基礎(chǔ)
該綜述立足于過(guò)去1-3年內(nèi)的植物代謝領(lǐng)域重要參考文獻(xiàn),重點(diǎn)總結(jié)了推動(dòng)植物代謝物多樣性的潛在分子進(jìn)化機(jī)制(比如基因和全基因組復(fù)制、植物代謝基因簇和泛基因組水平的基因組結(jié)構(gòu)變異等)。同時(shí),用生動(dòng)具體的天然產(chǎn)物合成與分化的代表性案例,分層次在不同的進(jìn)化維度(物種間水平和物種內(nèi)水平)對(duì)上述的幾種分子進(jìn)化機(jī)制進(jìn)行表述。
當(dāng)前,利用高質(zhì)量基因組和泛基因組挖掘新的代謝通路、理解復(fù)雜代謝網(wǎng)路的分子進(jìn)化機(jī)制的研究剛剛起步。該綜述也總結(jié)了當(dāng)前一些研究方法的不足,特別是泛基因組在關(guān)聯(lián)代謝性狀方面的諸多問(wèn)題,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了多組學(xué)關(guān)聯(lián)在解析植物代謝通路挖掘與理解其生理生態(tài)功能方面的重要性。
上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院劉振華教授為論文的通訊作者,上海交通大學(xué)博士生周玄為論文第一作者。該論文得到了上海交通大學(xué)啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、上海海外引進(jìn)人才計(jì)劃和上海浦江人才計(jì)劃(20PJ1405900)等項(xiàng)目的資金支持。
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