研究揭示珍稀樹種白豆杉能否產生紫杉醇

　　長久以來，與紅豆杉親緣相近的珍稀樹種白豆杉能否產生抗癌藥物紫杉醇，始終存在爭議。這給紫杉醇合成途徑起源與演化的研究帶來了長期的困惑。

　　8月26日，中國農業科學院農業基因組研究所所（大鵬灣實驗室）研究員閆建斌團隊在《自然—通訊》在線發表研究論文。該研究破譯了白豆杉染色體水平單倍型基因組，發現了紫杉烷生物合成“基因群島”這一特殊的基因組織模式，為復雜植物代謝通路基因的基因組組織模式提供了新范例。

白豆杉。中國農科院供圖

　　白豆杉是紅豆杉科白豆杉屬唯一現存物種，為我國特有的珍稀裸子植物，與紅豆杉親緣關系密切。紫杉醇是紅豆杉最具代表性的天然產物之一，也是重要的抗腫瘤藥物成分。由于白豆杉與紅豆杉親緣相近，白豆杉是否保留了與紫杉醇生物合成相關的遺傳基礎、是否具有合成紫杉醇的能力，一直備受關注。

　　研究發現，白豆杉中紫杉烷合成相關基因并不集中一處，大多數相關基因分布在同一條染色體上。不同于常見的“基因簇”組織模式，紫杉烷合成通路的基因像島嶼般散落在廣闊的染色體區域。雖然這些基因在染色體上的位置并不緊鄰，但大量相關基因仍保持協調表達，表明這種群島式組織能夠在物理分散的情況下維持功能上的協同，形成了一種高度關聯的高階基因組織模式。研究人員將這種特殊的基因組織模式命名為“基因群島”模式。

紫杉烷生物合成基因群島。中國農科院供圖

　　與紅豆杉相比，白豆杉中通路上游和中游的多個關鍵酶仍保持較好的催化能力，而到了通路后期，部分關鍵酶的催化效率明顯下降，多個通路后期酶在實驗體系中未檢測到相應產物，說明其紫杉醇合成末端通路功能發生了明顯退化。代謝物檢測也顯示，紫杉醇僅在極少數樣品中以痕量水平檢出，而紫杉寧J等其他紫杉烷類化合物則明顯積累，表明其代謝產物更多流向了其他紫杉烷分支。

　　該研究為理解紫杉醇代謝途徑的基因組織模式和演化退化等提供了新的科學框架，也為白豆杉物種保護、紫杉寧J等高價值紫杉烷類化合物的定向代謝工程改良提供了重要支撐。

　　研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程、新基石科學基金會科學探索獎等項目的支持。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77115-w