Nature Communications | 药用植物决明子染色体水平参考基因组序列揭示蒽醌合成新途径!

决明（Senna tora (L.) Roxb），又称：假花生、假绿豆，其种子称为“决明子”，植物系统分类为豆科决明属。原产美洲热带地区，后广泛分布于全世界各地区，在中国长江以南有少量栽培种。决明子味苦、甘、咸，性微寒，为常用中药，种子入药和泡茶，具有清肝明目、降血压降血脂的功能。现代药理研究认为，决明子富含大黄酚、大黄素、决明素、蒽醌、蒽醌苷、萘并吡喃酮类等药效成分，据《中华人民共和国药典》指出决明子蒽醌含量的高低作为鉴别药效成分重要指标。因此，鉴定决明蒽醌合成的基因具有重要意义。

近日，国际知名杂志Nature Communications发表了韩国国家农业科学研究所基因组学部Sang-Ho Kang等人联合多家单位“Genome-enabled discovery of anthraquinone biosynthesis in Senna tora”研究论文。作者组装了一个决明栽培种的参考基因组序列，比较基因组学确定了决明在豆科中的演化地位，类查耳酮（chalcone synthase-like）基因家族具有特异扩张对决明蒽醌（anthraquinones）合成的重要贡献。该研究为进一步解析决明中蒽醌类化合物合成基因趋同进化提供了新的见解。

利用PacBio数据组装了一个决明栽培种（S. tora acc Myeongyun），其基因组大小为547 Mb，包含45,268 个基因，contig N50为4.03 Mb，96%的序列可以挂载到13条染色体（图1a）；通过跟15个豆科植物基因orthologous分析，36,597 个基因家族是保守的，决明中有2,874 和3,371个基因扩张和收缩（图1b）；GO富集分析发现这些基因参与苯丙烷、类黄酮、萜类、蒽醌化合物合成（图1c）；类查耳酮CHS-L基因迅速扩张（图1d）。

为了进一步CHS-L参与蒽醌合成的代谢网络，作者利用10个蒽醌类标准品测定了决明种子发育11个阶段的代谢谱和转录谱，分析发现决明素葡萄糖苷（glucoaurantio-obtusin）, 橙黄决明素（aurantio-obtusin）,明子素（obtusifolin）, 和 黄决明素（chryso-obtusin）在种子发育后期显著富集。基因共表达分析表明，两个模块基因与蒽醌含量呈现共表达，特别是CHS-L家族，CHS-L9和CHS-L6两个候选基因在S4时期高量表达，蒽醌合成始于该时期（图2）。进一步作者通过酶活和质谱分析STO07G228250 (CHS-L9)是决明种子中蒽醌--13C3-malonyl-CoA途径中限速基因。