Acta Pharmaceutica Sinica B：藏红花基因组揭示了藏红花素生物合成的进化起源

秋天绽放的番红花（Crocus sativus），其珍贵的柱头被誉为“红色黄金”——藏红花，堪称世上最昂贵的香料之源。因其广泛应用于香料、色素与药物之中，藏红花不仅在经济作物中占有重要地位，其种植范围也广泛涵盖了欧洲、地中海沿岸以及中亚地区。

藏红花传入中国已有近七百年的历史，藏红花柱头在《中国药典》中被记载有活血祛郁的药用作用。藏红花柱头的主要活性成分是藏红花素，即类伪胡萝卜素的苷类，具有抗癌、抗炎、抗氧化、抗糖尿病等作用，尤其在治疗中枢神经系统和心血管疾病方面具有很大的药理价值。

番红花属，属于鸢尾科，包括大约100余种多年生和季节性开花的物种，均从球茎萌发生长。根据形态特征、开花习性和分子证据，学者们对番红花属进行了严谨的分类划分。通过叶绿体与细胞核基因座的条形码进行系统发育分析，Crocus与Nudiscapus两个分类单元在番红花属中得到广泛认可，并进一步细分为多个系列。

C. sativus是Crocus组Crocus系列中的一个不育三倍体物种(2n Z 3x Z 24)，通过叶绿体基因组、全基因组DNA多态性、基因组调查和多色荧光原位杂交等方法对Crocus系列Crocus类群间的系统发育关系进行了分析，发现三倍体C. sativus起源于野生Crocus cartwrightianus的自三倍体化。通过球茎无性繁殖的方式，藏红花的优良性状得以稳定遗传，世界各地培育出了众多独特的无性系品种。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.apsb.2023.12.013

近日，来自中国医学科学院北京协和医学院的研究者们在Acta Pharmaceutica Sinica B杂志上发表了题为“Crocus genome reveals the evolutionary origin of crocin biosynthesis”的文章，该研究通过藏红花基因组揭示了藏红花素生物合成的进化起源。

藏红花的特化代谢物——藏红花，是在遥远的物种栀子花(eudicot)和藏红花(monocot)中生物合成的，而藏红花素的生物合成进化仍然知之甚少。

藏红花基因组特征

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通过对类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCDs）的鉴定、系统发育分析与功能解析，研究者推测藏红花素生物合成的起源在于藏红花特异性CCD2的复制、位点正选择以及CCD1成员的新功能化。此外，CsCCD2位点突变研究揭示了与玉米黄质裂解活性密切相关的关键氨基酸残基I143、L146、R161、E181、T259与S292。此项研究为理解植物特化代谢物的起源与演化提供了宝贵洞见，揭示了此类代谢物往往源自生物合成基因的复制事件。

藏红花基因组的进化

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总之，本研究报道了鸢尾科药用植物C. sativus首个染色体水平基因组，为鸢尾科药用植物的基因组进化和物种形成提供了重要的见解。此外，通过比较基因组研究结合体外实验，研究者报道了参与藏红花素生物合成的CCDs的功能多样性和保守性，揭示了藏红花和栀子花在藏红花素生物合成方面的独立进化。（生物谷 Bioon.com）

参考文献

Zhichao Xu et al. Crocus genome reveals the evolutionary origin of crocin biosynthesis. Acta Pharm Sin B. 2024 Apr;14(4):1878-1891. doi: 10.1016/j.apsb.2023.12.013.