PNAS：植物如何从表观遗传学上调节它们的化学防御

一项新的研究证明了茄科植物如何产生具有药用价值的化合物，以及这种生物合成是如何受到表观遗传调节的。

　　

一项新研究表明，茄科植物如何产生具有药用价值的化合物，以及这种生物合成是如何通过表观遗传学进行调控的。

植物擅长产生各种各样的化学物质以抵御动物和病原体的侵害。在成千上万的植物化合物中，许多因其药用特性而对人类健康有益。例如，茄科植物中的许多种类会形成一种名为“茄科内酯”的化合物，这是一类具有健康益处的甾体化合物。然而，此前对这些化合物的生物合成和调控研究较少。

由慕尼黑大学生物学院的遗传学家克劳德·贝克尔教授领导的研究团队，最近在《美国国家科学院院刊》上发表了一项研究，揭示了在酸浆（Physalis grisea）中负责产生茄科内酯的基因簇。该研究是与哥尔姆的马普分子植物生理研究所和霍恩海姆大学的合作伙伴共同完成的。贝克尔解释说：“在这样的基因簇中，编码生物合成途径中后续步骤的酶的基因彼此紧密排列，从而确保它们能够被共同调控和遗传。”

在茄科内酯基因簇的情况下，研究团队发现基因组中存在一个重复序列，由此产生的两个单元被组织成两个功能上相互分离的区域。其中一个仅在植物根部活跃，另一个则在地面上的组织中活跃。贝克尔表示：“让我们感到惊讶的是，这两个单元的分离和组织似乎是通过表观遗传学进行调控的。”因此，这两个基因簇版本在DNA的局部结构和化学修饰方面存在差异。研究人员推测，这种分离使得植物能够在地下和地上组织中产生略有不同的化学防御物质。

通过比较基因组学，研究团队还发现，虽然茄科内酯基因簇的重复现象仅限于酸浆亚科及其近亲，但该基因簇本身在整个茄科中高度保守，但在包含番茄和马铃薯的属中却不存在。贝克尔总结道：“我们的研究为了解茄科内酯这一多样化的多功能代谢物群体的产生提供了初步见解，这是开发衍生替代农药和新型疗法的潜在第一步。”