环阿屯醇合酶世系(a)和羊毛甾醇合酶世系(b)的OSC基因序列进化分析图。粗线表示受到正选择作用的分支,右边显示的是一些重要的三萜骨架构象。
三萜是一类重要的植物次生代谢物,具有各种重要的生物学和生理功能,在植物的适应性进化和医药健康领域有着重要作用。目前发现了200多种三萜骨架,各种类型的三萜骨架是通过异戊二烯途径重2,3-氧化鲨烯环化酶(OSC)催化合成的。在低等植物衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)和苔藓(Physcomitrella patens)的基因组中仅有一个参与甾醇合成途径的OSC基因,然而在高等植物基因组中的OSC基因可达9-16个。研究OSC基因在植物基因组中扩增规律将有助于我们了解植物产生丰富多样三萜化合物的遗传基础和进化机制。
植物研究所漆小泉研究组及其合作者首先分析了水稻基因组中全部7个OSC的功能,发现一个新功能的基因(Os11g35710/OsOSC11),该基因编码异山柑子醇合酶(isoarborinol synthase OsIAS)。进一步对来自拟南芥、水稻、高粱和短柄草及其他植物共计96个 OSC 基因进行翔实的进化分析,表明高等植物的OSC基因由大量串联复制(tandem duplication)产生,正选择作用起了重要的作用,由此产生代谢多样性。同时发现参与双子叶植物三萜合成的OSC大部分直接从羊毛甾醇合酶(lanosterol synthase)进化而来,而不是以前认为的环阿屯醇合酶(cycloartenol synthase)。植物OSC基因在进化树中的位置与合成三萜骨架的反应机制相关联,为预测未知功能的OSC基因提供了线索。
上述研究结果已在2012年发表于New Phytologist 193(4):1022-1038。漆小泉研究组的薛哲勇博士为该文的第一作者。该研究工作得到科技部和国家自然科学基金委的资助。