海南大学罗杰教授团队在著名植物学期刊（top一区，IF=18.313）发表综述文章,归纳总结植物代谢基因簇

近日，国际著名植物学学术期刊Trends in Plant Science（top一区，IF=18.313）上在线发表了海南大学三亚南繁研究院与海南省崖州湾种子实验室代谢生物学团队完成的综述论文“Plant metabolic gene clusters in the multi-omics era”

该文综述了多组学快速发展的时代下，植物代谢基因簇的发现和发展历程，并阐述了发掘和解析植物代谢基因簇的常用策略和方法，同时也介绍了植物代谢基因簇的自然变异与演化情况。
 

植物合成了大量的功能性小分子代谢物，它们不仅在植物抵御生物和非生物胁迫过程中具有重要的功能，也为人类提供了大量具有药理和其它工业性质的化合物资源。充分挖掘这些代谢物的合成途径、调控机制和转运过程将为合理开发和利用这些代谢物打下良好基础。通常而言，参与植物次生代谢的基因是随机分布在植物基因组中的，这无疑会增加科研工作者解析它们的难度。植物代谢基因簇是指一组植物基因组中紧密相连的非同源基因，它们负责编码同一代谢途径中多个步骤过程中的合成酶。通过多组学的研究方法，系统解析和研究植物代谢基因簇将有助于我们更加深刻的认识植物代谢途径的形成过程和演化机理。

图1 发掘植物代谢基因簇的策略

从目前已经报道的研究结果来看，代谢基因簇在双子叶和单子叶植物的不同种类次生代谢物合成途径中广泛存在。这种功能相关基因紧凑分布的现象改变了传统观念中植物代谢物合成途径编码基因在基因组中分散分布的认识，为从植物基因组序列直接预测生物合成途径提供了新的可能。

图2 主要植物代谢基因簇产物的类别及其功能

基因簇基因在植物特定部位或植物处于某种环境中的共转录现象，因此对植物基因簇协同调控机制的研究显得尤为重要。但是，相比于植物代谢基因簇的生化功能的解析，对于这些植物代谢基因簇的调控的研究就明显相对滞后。到目前为止共有约30多个植物代谢基因簇的代谢途径被解析，但是其中仅有个位数的基因簇的调控机制的研究深入到了转录因子水平或者染色质水平。
 

图3 两种不同的酚胺基因簇赋予水稻广谱抗病性
 

随着越来越多的基因簇及其特征被揭示，也将进一步为生物信息学开发相应算法和预测程序提供宝贵的基础数据。该综述从植物代谢基因簇的发现和发展历程、结构特点、预测和寻找方法、功能鉴定、调控及演化模式等方面系统的阐述植物代谢基因簇的研究进展。

图4 水稻蓖麻烯二萜代谢基因簇的演化

海南大学三亚南繁研究院罗杰教授为该论文的通讯作者，海南大学占传松与沈双欠博士后为该论文的共同第一作者。华中农业大学在读博士杨陈坤也参与了本篇论文的写作。特别感谢上海交通大学农业与生物学院刘振华教授、德国马普所Alisdair R.Fernie教授以及英国约克大学Ian A.Graham教授，为本篇综述的构思与写作提供了宝贵意见。