西安交通大学最新Science发文：鸦片罂粟基因组及吗啡合成原理

研究人员在国际上首次公布鸦片罂粟的高质量全基因组序列，揭示其进化历史上主要加倍和重排事件，阐明吗啡类生物碱、合成基因簇的进化历史，为进一步开发鸦片罂粟药用价值和揭示罂粟科乃至早期双子叶植物进化历史奠定了重要基础。

　　

来自西安交通大学，英国约克大学，英国惠康基金桑格研究所的研究人员发表了题为“The opium poppy genome and morphinan production”的文章，在国际上首次公布鸦片罂粟的高质量全基因组序列，揭示其进化历史上主要加倍和重排事件，阐明吗啡类生物碱、合成基因簇的进化历史，为进一步开发鸦片罂粟药用价值和揭示罂粟科乃至早期双子叶植物进化历史奠定了重要基础。

这一研究成果公布在8月31日的Science杂志上，文章的通讯作者为西安交通大学叶凯和英国约克大学Ian Graham院士，第一作者为郭立与杨晓飞。

叶凯教授团队（郭小龙摄/西安交通大学）

罂粟常被称之为“恶之花”，外表虽明艳动人，却能滋生瘾患。另一方面，它是缓解人类疾病痛苦的良药。新石器时代阿尔卑斯山脚下洞穴中就发现罂粟使用痕迹，唐朝期间经由大食进贡传入中国。《本草求原》曾这样记载罂粟的良效，“性同于粟壳，而止痢止痛行气之效尤胜”。事实上，从罂粟中提取的吗啡类生物碱是强有力的止疼剂，除具有止疼药效外，罂粟中的那可丁成分，还具有显著止咳以及抗癌的功效。遗憾的是，人们对罂粟药用价值并没有系统、全面的认识，因而不能将其物尽其用，实现更大的价值。

破解罂粟基因组是当今科学界亟待破解的世界难题。由于罂粟的基因组存在大量（约70%）的重复序列，且经历了多次大规模的结构变异，使得解析该基因组异常困难。

叶凯团队以英国本土罂粟植物为对象，利用多种前沿基因组测序技术、复杂数学模型、深度挖掘及分析方法成功破译罂粟基因组并揭示其进化历史，首次在国际上完成了罂粟全基因组测序及高质量组装分析。

罂粟基因组特征及主要进化事件

研究显示，罂粟基因组在距今780万年发生了一次全基因组加倍事件，在距今至少1.1亿年发生基因组片段加倍事件。此外，首次发现罂粟合成止咳那可丁和镇痛吗啡类生物碱的15个基因在11号染色体上形成超级基因簇，该基因簇在根、茎部特异表达且共表达。

正是由于罂粟在进化过程中由于经历基因组加倍事件和多次基因片段扩增、丢失、融合和重排等，造成了两种代谢通路基因的聚集和共表达，形成了超级基因簇，从而能够协同高效合成新的次生代谢物，而罂粟中最具药效的吗啡类生物碱和那可丁成分均属于罂粟的次生代谢产物。

叶凯团队公布罂粟全基因组序列，破译罂粟中合成次生代谢产物的奥秘，不仅对开发分子植物育种工具，培育新品种大有裨益，更对工业合成中选择性提高具有不同药效的生物碱产量具有重大指导意义。“我们团队的研究宗旨与定位即，让植物满足医疗所需，使物种造福于人类。”叶凯笃定道。

叶凯团队的罂粟基因组项目研究历时两年多，从2015年底开始筹划设计，17年6月拿到所有数据，到18年2月正式完稿，团队采集数据后仅用8个月的时间高效地完成了这项极具难度与挑战的研究分析过程。叶凯团队快速成功的秘诀在于充分利用国际化团队合作及学科间交叉融合的优势。目前，叶凯团队规模不大，但通过跨学科和国际化合作，小团队在短时间内做出了大成果。

原文标题：

The opium poppy genome and morphinan production

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

叶凯个人主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/kaiye