CGM第496期：园艺植物胡萝卜中法卡林二醇的生物合成及分子进化机制研究

伞形科园艺植物胡萝卜（Daucus carota L.）富含一种名为法卡林二醇（Falcarindiol）的17碳Falcarin型聚乙炔，其结构中含有两个共轭碳碳三键、两个碳碳双键以及两个含氧官能团。该脂类小分子因其广谱抗真菌和抗癌活性而备受关注。尽管法卡林二醇在茄科番茄（Solanum lycopersicum）中亦有报道，但其在非伞形科植物中的含量却极为有限。2020年，研究人员发现番茄中法卡林二醇的生物合成具有病原菌诱导的特性，且其生物合成途径由包含脂肪酸去饱和酶2（FAD2）和脱羧酶的基因簇编码。相比之下，园艺植物胡萝卜即使在无病原菌浸染的情况下，也能维持较高的法卡林二醇本底水平。然而，胡萝卜合成高含量法卡林二醇的基因组基础和进化机制尚不清楚。

本研究首次从进化的角度深入解析了胡萝卜中基因复制现象，特别是全基因组复制事件在FAD2功能多样化中的关键作用。研究发现，基因复制产生了大量FAD2拷贝，这些拷贝编码的一系列酶不仅具有功能冗余性，还经历了新功能化的进程。尤为重要的是，这些酶能够与“关键”FAD2酶相互作用，从而引导代谢流更多的导向法卡林二醇的合成方向。为进一步验证这一发现，我们运用了烟草瞬时表达体系以及CRISPR-Cas9基因编辑技术，经过严谨的实验验证和深入的分析研究，最终从20多个FAD2基因中成功挖掘出新的核心FAD2基因。这一成果不仅丰富了我们对胡萝卜合成法卡林二醇机制的认知，而且为后续胡萝卜新种质的开发与创新培育提供了坚实的理论基础。