青蒿（Artemisia annua）又名黃花蒿，是我國(guó)傳統(tǒng)中草藥，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)這一味傳統(tǒng)的中草藥能合成用于治療瘧疾的特效成分青蒿素而聞名全球�；�于青蒿素的聯(lián)合治療法（ACTs）是WHO推薦的最佳治療方案。因?yàn)樵谇噍锼乜汞懽饔梅矫娴慕艹鲐暙I(xiàn)，在全球范圍內(nèi)挽救了數(shù)以百萬(wàn)人的生命，中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院屠呦呦教授獲得了2015年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。目前研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)，青蒿素除了抗瘧外，還具有抗癌、治療肺結(jié)核、治療糖尿病、治療紅斑狼瘡、降血脂等多種藥效功能，具有開發(fā)成多功能藥物的廣闊前景，潛在市場(chǎng)規(guī)模巨大。因此，關(guān)于青蒿和青蒿素的研究對(duì)人類健康以及與瘧疾等眾多疾病的斗爭(zhēng)具有重要的意義。但是，青蒿中青蒿素的含量?jī)H為其葉片干重的0.1-1.0%，因此提高青蒿中青蒿素含量的研究一直是全球研究的熱點(diǎn)。

        青蒿是屬于菊科蒿屬的一年生草本植物，菊科包括超過(guò)23000個(gè)物種，廣布全世界，是植物界種類數(shù)一數(shù)二的大科。隨著測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展，到目前有超過(guò)110種植物完成了全基因組測(cè)序，然而其中完成測(cè)序的菊科植物僅僅只有向日葵（2017年6月）、菊花（2017年12月）、青蒿（2018年4月）三種，且都是在近一年內(nèi)才完成相關(guān)測(cè)序工作。其原因在于，大部分菊科植物有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)妨礙了全基因組測(cè)序的進(jìn)行，第一，菊科植物普遍基因組比較大，向日葵（3.6 Gb）、菊花（3 Gb）、青蒿（1.74 Gb），有些還是多倍體。第二，大部分菊科植物存在自交不親和的現(xiàn)象，使得其雜合度高且較難獲得純系植株，導(dǎo)致有關(guān)菊科植物的研究常常受限于無(wú)參考基因組信息。因此，進(jìn)行青蒿基因組測(cè)序?qū)τ诮沂揪湛莆锓N的起源和進(jìn)化、物種多樣性、以及菊科植物藥用價(jià)值的進(jìn)一步挖掘開發(fā)具有重要意義。

        上海交通大學(xué)聯(lián)合西南大學(xué)、國(guó)家人類基因組南方研究中心等單位發(fā)起了青蒿基因組測(cè)序研究攻關(guān)，歷時(shí)5年多刻苦鉆研與技術(shù)攻關(guān)，對(duì)經(jīng)該研究團(tuán)隊(duì)多年選育的高產(chǎn)青蒿素青蒿品種——滬蒿1號(hào)進(jìn)行了全基因組測(cè)序、組裝、注釋及相關(guān)分析,共組裝出了約1.74 Gb基因組總長(zhǎng)，預(yù)測(cè)鑒定出了63,226個(gè)編碼蛋白基因，屬于基因數(shù)量較多的物種之一。從目前已完成測(cè)序的植物基因組基因數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，絕大多數(shù)植物基因組的基因數(shù)在2.5萬(wàn)-5萬(wàn)左右，只有少數(shù)植物基因組報(bào)道其基因數(shù)目超過(guò)6萬(wàn)。通過(guò)比較研究發(fā)現(xiàn)，整個(gè)基因組中存在大量的重復(fù)序列（高達(dá)61.57%），這可能是整個(gè)菊科植物基因組普遍較大且較為復(fù)雜的原因。同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，與其他測(cè)序的植物相比，青蒿中存在許多菊科特有的基因家族及基因，發(fā)現(xiàn)有大量基因家族在進(jìn)化中發(fā)生了擴(kuò)張,這可能是菊科植物基因數(shù)普遍較多的原因。例如,青蒿中萜類合酶基因家族顯著的擴(kuò)張，是目前已測(cè)序植物物種中萜類合酶基因最多的物種之一，對(duì)于植物萜類化合物這一類重要的植物天然產(chǎn)物研究具有重要的參考價(jià)值。青蒿基因組測(cè)序的完成，極大地豐富和填補(bǔ)了相對(duì)匱乏的菊科類植物的基因組信息，不僅對(duì)菊科的物種多樣性研究、菊科的遺傳進(jìn)化機(jī)制研究和青蒿及蒿屬的代謝工程育種等研究工作具有重要意義，而且必將極大推動(dòng)植物基因組、尤其是藥用植物基因組研究的發(fā)展，是本草基因組學(xué)研究的一項(xiàng)重要突破。

        自2015年屠呦呦先生因發(fā)現(xiàn)青蒿素而成為中國(guó)大陸第一個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者以來(lái)，青蒿素類藥物在世界抗瘧運(yùn)動(dòng)中的作用便受到世人矚目，但每年如何穩(wěn)定地獲取足夠的青蒿素原料，仍是擺在人類抗擊瘧疾面前的世界難題。基于青蒿全基因組及轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的挖掘，唐克軒教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)建立了能夠高效促進(jìn)青蒿素合成途徑整個(gè)代謝流的上、中、下游多基因轉(zhuǎn)化策略，成功培育出了高產(chǎn)青蒿素的代謝工程改良青蒿品種，其青蒿素的含量達(dá)到了葉片干重的3.2%左右。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了多個(gè)可能參與青蒿素生物合成的調(diào)控基因，為進(jìn)一步提高青蒿素含量提供了大批候選基因。非洲大陸作為瘧疾“重災(zāi)區(qū)”，對(duì)青蒿素的需求量極大，但當(dāng)?shù)乇就练N植的青蒿產(chǎn)量不高且青蒿素含量較低，原料與制劑主要依賴進(jìn)口。為更有效的改善非洲瘧疾高發(fā)區(qū)青蒿素供應(yīng)不足的情況，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)和馬達(dá)加斯加青蒿素生產(chǎn)公司BIONEXX（非洲范圍內(nèi)最大的、且唯一一家獲WHO認(rèn)證的青蒿素生產(chǎn)公司）達(dá)成科研合作協(xié)議，已將部分高產(chǎn)青蒿素的代謝工程品種在馬達(dá)加斯加進(jìn)行科研試種。

        得益于青蒿基因組、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)，唐克軒教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在青蒿素生物合成轉(zhuǎn)錄調(diào)控、青蒿腺毛發(fā)育、青蒿素合成途徑代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)、以青蒿為底盤生物的植物合成生物學(xué)等研究領(lǐng)域開展了多方位多角度的基礎(chǔ)研究，有望通過(guò)多層次多策略組合方式獲得更高含量青蒿品種，未來(lái)期望能將青蒿素的含量提高到干葉重的5%左右，將青蒿素的市場(chǎng)價(jià)格降至1000元以下；同時(shí)，以青蒿為底盤生物開展合成生物學(xué)研究，生產(chǎn)高附加值的植物次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)品，例如檀香醇、欖香烯等。進(jìn)一步打造青蒿素這張靚麗的“中國(guó)名片”，為全世界抗瘧事業(yè)提供中國(guó)智慧。 返回小木蟲查看更多