破译“恶之花”封存亿万年的基因密码 揭示鸦片罂粟基因组及吗啡合成原理 《科学》杂志发表西安交通大学主导国际合作研究成果
西安新闻网讯（记者 任娜 通讯员张琢悦 ）8月31日，西安交通大学叶凯青年科学家工作室团队、英国约克大学伊恩·格拉汉姆院士团队、英国惠康基金桑格研究所宁泽民研究员合作的相关学术论文发表在最新一期的《科学》杂志，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。
“为什么会选择罂粟作为研究对象？”西安交大“青年千人”叶凯教授回答道，“之所以选择极具稀缺性、药用历史悠久的罂粟进行研究，是想以其为切入点，深入探究药用植物的现代化与标准化发展路径，进而从科学研究的角度继承、弘扬我国博大精深的中药文化。”
据介绍，《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、全面地认识，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。
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。”叶凯表示。记者了解到，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，2017年6月拿到所有数据，到2018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。
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据介绍，《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、全面地认识，因而不能将其物尽其用，实现更大的价值。
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