向红豆杉“取经”如何高效合成抗癌明星药科学网2021/07/16 10:30《中国科学报》官方账号 来自北京向红豆杉“取经”如何高效合成抗癌明星药红豆杉果实 清华大学张啸供图要想高效合成分子结构复杂的抗癌明星药紫杉醇，人类还得向珍惜濒危植物红豆杉“取经”。7月15日，中国农业科学院（深圳）基因组研究所（以下简称基因组所）和湖南农业大学等合作，于《自然—植物》在线发表了南方红豆杉染色体级别的高质量参考基因组，并全面解析了紫杉醇生物合成的遗传基础。难以为继：抗癌明星药高度依赖珍稀濒危植物“植物大熊猫”红豆杉是我国一级珍稀濒危保护植物，还被全世界42个国家称为“国宝”。由红豆杉产生的独特的二萜类化合物紫杉醇，上世纪60年代首次从红豆杉树皮中分离鉴定。1992年首款紫杉醇注射液上市。目前，作为已知疗效最好的植物源明星抗肿瘤药物，紫杉醇能够特异性调控微管蛋白从而抑制肿瘤细胞的异常分裂增殖，被广泛应用于各种实体瘤的临床治疗，是癌症化学药物治疗的“主力军”。据悉，紫杉醇的化学结构极其复杂，含有47个碳原子，11个立体中心，多个的手性中心和官能团，化学全合成的生产成本依然很高，难以满足工业化生产需要。现阶段，紫杉醇类原料药主要依赖人工种植的红豆杉植物提取和化学半合成。“但是，紫杉醇在红豆杉中含量非常低，加之红豆杉生长十分缓慢，造成当前的紫杉醇供需矛盾。”基因组所研究员闫建斌告诉《中国科学报》，通过合成生物学和生物多组学等技术联用，开发高产紫衫醇的植物或微生物反应器，是降低紫杉醇生产成本和保护红豆杉自然资源的必由之路。“但是，缺乏红豆杉基因组数据的指导，尚未完全解析紫杉醇生物合成通路，这些问题正制约着该领域的发展。”闫建斌说。成功组装南方红豆杉染色体级别基因组全世界有11种红豆杉，在我国主要分布着中国红豆杉、南方红豆杉、东北红豆杉、云南红豆杉和曼地亚红豆杉。基因组所研究员熊兴耀介绍，南方红豆杉主要分布于长江流域以南各省区，在我国南方省份多有分布，河南和陕西也有其身影。由于其紫杉醇含量较高，是人工种植红豆杉的主要物种之一。该团队选取南方红豆杉的单倍型胚乳材料进行全基因组测序，成功组装了染色体级别的高质量参考基因组。南方红豆杉基因组特征与紫杉醇合成基因簇结构 中国农科院供图“红豆杉的基因组大且复杂，选取南方红豆杉的单倍型胚乳材料进行全基因组测序，可以避开复杂基因组的杂合片段，从而有效提升基因组组装质量。” 熊兴耀说。