无患子科植物中首次发现三萜皂苷生物合成基因簇

研究通过整合多组学分析技术，首次在无患子科植物中发现了一个高度保守的皂苷生物合成基因簇（Biosynthetic Gene Cluster, BGC）。通过烟草瞬时转化实验和体外酶活性测定实验对该基因簇内基因功能进行验证，发现该基因簇参与了齐墩果烷型皂苷的生物合成。演化基因组学研究表明，皂苷基因簇BGC中单拷贝的BAS来自于全基因组复制的γ事件和CAS的串联复制。进而，转座元件（Transposable Element, TE）介导的染色体易位事件驱动了关键酶基因的逐步共定位，最终形成具有生物学功能的代谢基因簇。这个皂苷合成基因簇在无患子科植物中形成共表达，共遗传的模式，确保了皂苷的高效合成。这一发现不仅为解析植物代谢产物生物合成途径的组装机制提供了新范例，同时为次生代谢基因簇的趋同进化理论补充了重要的分子证据。相关成果以题为“Evolution and functional characterization of a biosynthesis gene cluster for saponin biosynthesis in Sapindaceae” 的研究论文发表在《Molecular Plant 》。

胡萝卜稀有脂肪酸法卡林二醇的生物合成

胡萝卜中富含的17碳聚乙炔法卡林二醇因抗真菌、抗癌活性等而倍受关注。该研究首次从进化角度解析了胡萝卜中基因复制，特别是全基因组复制参与脂肪酸去饱和酶2（FAD2）功能多样化的分子机制。基因复制产生的大量FAD2拷贝，编码出兼具功能冗余与新功能的酶，它们与“核心（hub）”FAD2酶协同进化，促使胡萝卜合成更多法卡林二醇。研究借助烟草瞬时表达体系和CRISPR-Cas9基因编辑技术，从20多个FAD2中成功挖掘出新的FAD2核心基因，为胡萝卜新种质开发与创建提供了理论指导和新实践方向。相关成果以题为“Divergent fatty acid desaturase 2 is essential for falcarindiol biosynthesis in carrot”的研究论文发表在《Plant Communications》。

拟南芥四吡咯代谢通路重要步骤的新发现

叶绿素、血红素等四吡咯化合物参与生物体呼吸作用、光合作用等许多重要生命过程，其合成途径均涉及粪卟啉原Ⅲ(coproporphyrinogen III)被氧化脱羧生成原卟啉原Ⅸ (protoporphyrinogen IX) 的反应。本研究综合运用T-DNA插入突变体、CRISPR/Cas9突变体和体外手套箱无氧操作酶活实验等技术，获得了与前人研究结论相反的实验结果，发现该基因纯和突变体并不致死，且与野生型植株无明显生长差异。进化分析表明，At5g63290蛋白在植物中主要以单基因拷贝的形式存在，与细菌中血红素伴侣蛋白HemW和动物中RSAD1分枝聚类到一起，与HemN类酶进化关系反而较远。随后，通过体外酶活分析发现，At5g63290具有SAM裂解活性，但不具有氧化脱羧功能。最后，亚细胞定位分析表明，At5g63290同时定位于叶绿体和线粒体中。该研究发现了拟南芥基因At5g63290不编码粪卟啉原 III 氧化脱羧酶，更正了近年来认为植物中存在不依赖氧气的粪卟啉原脱羧酶(HemN)的认识，为正确揭示该单拷贝基因的功能指明了方向。相关成果以题为“At5g63290 does not encode coproporphyrinogen III oxidase”的研究论文发表在《Plant Physiology》。