CGM第516期：天目地黄T2T基因组解析及参与环烯醚萜苷合成的环氧酶RcCYP72H7鉴定

天目地黄（Rehmannia chingii H. L. Li）为我国特有的地黄属植物，在民间有长期的用药历史，主治吐血衄血、咽喉肿痛、烫伤等。地黄属植物含有丰富的环烯醚萜苷类、苯乙醇苷类、紫罗兰酮类和多糖等。环烯醚萜苷是地黄属植物含量中最丰富的单萜类成分，其中梓醇的含量最高。梓醇具有多种药理活性，包括神经保护、抗炎、抗衰老、抗肿瘤、抗氧化、降血糖和抗纤维化等。梓醇作为地黄药材的指标性成分，被收录入2005年以来的各版《中国药典》。以梓醇为单体成分开发的新药“梓醇片”已取得国家中药I类药物临床批件。然而，以梓醇为代表的环烯醚萜苷类成分生物合成的分子机制仍不清晰，限制了地黄属植物的药材质量提升和进一步的开发利用。

利用Illumina、PacBio HiFi、Oxford Nanopore Technologies (ONT) 和Hi-C测序方法成功组装了二倍体天目地黄TMS11的端粒到端粒的无间隙基因组，其基因组大小为1.169 Gb，Contig N50为82.2 Mb。利用272个单拷贝基因家族构建系统发育树，发现地黄和天目地黄呈单系分支，与列当科植物的亲缘关系最近，而与玄参科植物的亲缘关系较远，证实地黄属植物属于列当科。利用天目地黄不同组织的总环烯醚萜苷含量与环烯醚萜合成途径基因的表达模式，推测天目地黄环烯醚萜类苷成分主要通过MEP途径合成；关键酶基因IO、IS、G10H、GES等在叶中高表达，提示环烯醚萜类苷成分主要在天目地黄的叶中合成。筛选出15个与环烯醚萜途径表达模式类似的P450基因，并利用酵母表达验证了RcG10H具有香叶醇-10-羟化酶功能。发现CYP72家族有8个基因在天目地黄8号染色体成簇分布，利用桃叶珊瑚苷饲喂的本生烟草叶片瞬时表达分析发现，RcCYP72H7具有桃叶珊瑚苷C-7、C-8位环氧化功能，可以在烟草叶中特异性地合成梓醇。进一步在天目地黄叶中瞬时表达RcCYP72H7，梓醇的含量增加了55.07%。这是首次发现CYP72家族蛋白具有环氧化功能，拓展了细胞色素P450的催化功能。未来对这些基因的功能研究将为完整的环烯醚萜苷生物合成途径提供更深入的见解。