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我校首次以并列第一编辑单位在《Science》杂志上发表学术论文(图)

时间:2014/11/30 

 

 

Biosynthesis, regulation, and domestication of bitterness in cucumber11月28日在《Science》杂志上发表

我校首次以并列第一编辑的单位在《Science》杂志(影响因子IF = 31.477)上发表高水平学术论文。1128日,国际顶级学术期刊《Science》以长篇幅论文(Research Article)的形式在线出版了题为《Biosynthesis, regulation, and domestication of bitterness in cucumber》的学术论文论文链接地址:http://www.sciencemag.org/content/346/6213/1084.abstract?sid=f7da465b-2aec-49d6-9466-bbb86ba33fd5,我校曾建国教授的研究团队实质性参与合作研究,伟德国际平台为编辑单位之一,曾建国教授为第七编辑。该项研究工作是由通讯编辑中国农业科学院蔬菜花卉所研究员、深圳农业基因组所副所长、我校“神农学者”黄三文领衔在植物天然产物合成和调控研究领域取得的重大突破。

黄三文研究员是国际黄瓜基因组计划的首席科学家。先后发起和参与了多个重要作物的全基因组测序工作,希翼通过建立我国在基因组学研究方面的优势,促进我国蔬菜作物生物学基础研究,并加速从传统育种方式向全基因组设计育种的跨越式转变。《Nature》和《Nature Genetics》等国际顶级学术期刊先后7次报道了黄三文团队所取得的成果。黄三文团队还一直致力于将基因组等大数据与分子生物学研究相结合,解析重要的蔬菜生物知识题。比如:严重影响黄瓜商品品质的苦味是如何形成的?为了实现这一目标,黄三文团队与我校国家中药材(湖南)技术中心曾建国教授团队、湖南农科院陈惠明教授展开紧密合作,经过五年不断的努力,最终创造出一套在非模式植物中研究重要植物天然产物代谢途径的方法。

黄瓜中三萜类化合物葫芦素的蓄积是导致黄瓜苦味的原因。对蔬菜而言,苦味严重影响黄瓜的商品品质,但对植物而言,葫芦素能抵御害虫的侵害。此外,葫芦素还具有很好的药用开发价值。最早在《本草纲目》中就记载甜瓜的瓜蒂具有催吐及消炎的功效。现代医药研究发现瓜蒂中含有大量的葫芦素,它们可与其他抗癌药物联合用于癌症治疗。5年前,通过分析基因组序列,黄三文课题组发现在黄瓜6号染色体存在一个由5个基因组成的基因簇可能参与苦味物质葫芦素的合成(2009发表于Nature Genetics);后来又通过变异组图谱发现了控制果实苦味的Bt基因是黄瓜驯化的关键基因(2013发表于Nature Genetics)。在此基础上,通过深入挖掘组学数据并结合代谢组学、遗传学、分子生物学等多种研究手段,揭示了9个基因负责葫芦素生物合成的代谢路径,同时发现这9个基因由两个“主开关”基因(BlBt)直接控制,在野生黄瓜向栽培黄瓜驯化过程中,控制果实苦味的Bt基因受到选择,最终导致果实不苦。

曾建国教授是我校“兽用中药资源与中兽药创制国家地方联合工程研究中心”和“国家中药材生产(湖南)技术中心”主任,成功开发我国首个二类中兽药药物饲料添加剂“博落回提取物散”,2013年底已完成博落回基因组组装工作,正与黄三文研究员的团队进行血根碱生物合成、调控及生物学研究。曾建国教授提出:生源合成途径上的化合物肯定会留下代谢组分痕迹。因此,他设计从超过一吨的鲜黄瓜叶中提取总三萜类组分,再进行三萜化合物规模化分离、制备与鉴定。在曾建国与黄三文为共同引导老师的周渊博士后(论文并列第一编辑)的努力和程辟博士及研究生卿志星的协助下,该研究完成了近30个三萜类化合物的分离,发现了超过10个三萜类新结构成分。尤其是从黄瓜叶中分离得到了葫芦素C的生物合成前体---去乙酰基葫芦素C,验证发现乙酰基转移酶(Csa6G088700)能够将去乙酰基葫芦素C转化为葫芦素C,该转化过程通过采用NMRHRMS等分析手段得到了确证,这也是葫芦素C生物合成的最后一个步骤,为该篇论文成功在《Science》上发表起到了重要作用。

这项研究首次在植物中揭示了次生代谢产物合成基因簇的精确调控机制,通过精确调节果实和叶片中BtBl的表达模式,可以确保黄瓜果实中不积累苦味物质,保证黄瓜的商品品质,同时提高叶片中的葫芦素含量用于抵御害虫的侵害,减少农药的使用。此外,由于苦味物质葫芦素自身具有巨大的药用潜力,葫芦素合成和调控机制的破解为将来开发和合成治疗癌症药物提供了新的思路。研究得到国际著名学术期刊《Science》的认可再次证明利用基因组学等大数据能够大大加快蔬菜作物的基础研究,同时也体现了多学科整合的强大力量。

(科技创新平台管理中心)

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