本报讯（见习记者叶满山）兰州大学生态学院教授刘建全团队通过对茄科中产生莨菪碱和东莨菪碱的3个族的代表性物种进行研究，发现这些物种虽然亲缘关系较远，但却共享相同的生物合成途径。这表明这些生物碱的合成途径可能起源于茄科现有植物的共同祖先，随后在不产这类生物碱的植物中随机丢失了。近日，相关成果发表于《自然-通讯》。
中国古典武侠小说中经常提及一种神奇药物——蒙汗药，其主要成分是莨菪碱、东莨菪碱等。这些生物碱同样存在于青藏高原的另一类茄科特色植物茄参属中。
“我们对茄科各族15个代表物种进行了微共线性分析，发现两种生物碱合成通路在大多数茄科物种中保留了保守的共线性区块和共线基因。”刘建全告诉《中国科学报》，这些高度保守的共线性区块以及基因树和物种树高度相似的拓扑结构共同表明，莨菪碱和东莨菪碱合成途径可能出现在所有茄科植物的共同祖先中。然而，在随后的多样化过程中，两种生物碱合成通路下游基因在大多数族物种中假基因化或丢失，导致它们只在茄科少数亲缘关系较远的植物中存在。
研究人员还对关键基因进行了分子功能的控制实验。这些实验表明，在不合成两种生物碱的代表性物种中，由于基因松弛进化带来的位点突变，其酶活性和功能进一步降低，并且导致基因序列进一步丢失。
研究显示，在不合成两种重要生物碱的茄科作物中，还存在大量合成两种生物碱生物途径的重要基因。这些功能减弱、假基因化或少量丢失的基因可通过基因工程改变或加入，从而在茄科作物中重建两种重要生物碱的完整合成通路。这一发现为未来利用茄科作物大规模生产这两种重要生物碱提供了可能，有望给农业和制药领域带来新突破。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-023-44246-3