近日，在学科顶尖期刊Plant Biotechnology Journal上发表了赵玉成教授团队的最新研究成果"The chromosome-scale assembly of the Salvia plebeia genome provides insight into the biosynthesis and regulation of rosmarinic acid"。本组2020级博士戴轶群、2024级硕士生何梦乾和扬州市食品药品检验检测中心刘慧为本文的共同第一作者，赵玉成教授和秦民坚教授为本论文的共同通讯作者，中国药科大学为唯一通讯单位。
荔枝草（Salvia plebeia R. Br.）为唇形科（Lamiaceae）鼠尾草属（Salvia）一年或两年生草本植物。始载于《本草纲目》，具有清热解毒、凉血消肿、利尿除湿等作用。荔枝草中含有丰富的黄酮类和酚酸类成分，具有良好的抗炎、抗氧化等活性，广泛应用于药品、保健品和化妆品行业。尽管荔枝草中多种化学成分具有重要的药用价值和经济价值，但对其活性成分生物合成途径的认识仍然不足，这阻碍了荔枝草资源的充分开发利用。前期，中国药科大学中药学院中药资源系秦民坚/赵玉成教授团队对荔枝草中化学成分进行了系统分析并阐明了主要药效物质高车前苷的生物合成机制（Front Plant Sci, 2023, 14:1228356），在此基础上，作者对荔枝草进行了全基因组测序和组装，并对荔枝草中酚酸类主要成分迷迭香酸的生物合成及调控机制进行了系统研究。
作者首先对荔枝草进行了基因组测序并成功组装出荔枝草高质量染色体水平基因组（2n=2x=16）。具体为：荔枝草基因组大小为1.22 Gb，注释了36,861个编码蛋白基因，99.35%的基因组序列挂载到了8条染色体上。通过基因组共线性分析、同源基因的同义替换率等揭示荔枝草在真双子叶植物共享的基因组三倍体化事件（γ-WGT）之后又经历了唇形科共有的一次全基因组重复事件（图1）。
图1. 荔枝草基因组组装、系统发育树重建、全基因组重复和共线性分析
接着，作者挖掘并验证了荔枝草中迷迭香酸合酶和CYP98A亚家族氧化酶的功能，发现一条迷迭香酸合酶基因SpRAS，可以催化4-羟基苯乳酸和丹参素分别与4-香豆酰辅酶A和咖啡酰辅酶A的结合，生成迷迭香酸或其前体化合物（图2）。此外，还挖掘到三条CYP98A氧化酶基因（SpCYP98A75、SpCYP98A77、SpCYP98A78）。SpCYP98A75、SpCYP98A77、SpCYP98A78都可以氧化迷迭香酸前体的3位和3′位，即可以催化4-香豆酰-3′,4′-二羟基苯乳酸或咖啡酰-4′-羟基苯乳酸生成迷迭香酸。但SpCYP98A75对3′位的氧化能力更强，SpCYP98A77和SpCYP98A78对3位的氧化能力更强。而且，SpCYP98A75可以同时氧化迷迭香酸前体的3位和3′位，即可以直接催化4-香豆酰-4′-羟基苯乳酸生成迷迭香酸（图3）。
图2. 荔枝草中迷迭香酸合酶（RAS）的功能验证
图3. 荔枝草中CYP98A家族氧化酶的功能验证
此外，作者还构建了荔枝草毛状根遗传转化体系，探究了茉莉酸甲酯（MeJA）诱导子对荔枝草毛状根中迷迭香酸的诱导调控。并通过基因家族以及MeJA处理的转录组分析，从荔枝草中筛选出一条bHLH类转录因子SpbHLH54。通过构建SpbHLH54过表达和抑制表达载体，利用发根农杆菌A4介导的转化法获得了SpbHLH54过表达和抑制表达毛状根株系（图4）。次生代谢产物和关键酶基因检测结果表明，过表达SpbHLH54显著提高了迷迭香酸和高车前苷的含量，并上调了迷迭香酸和高车前苷生物合成途径的关键基因的表达。进一步通过双荧光素酶实验和酵母单杂交证实SpbHLH54通过结合E-box元件激活SpRAS和SpFNS的启动子，进而促进酚酸类和黄酮类成分的积累（图5）。本研究不仅为理解迷迭香酸生物合成及调控机制提供了重要的基因组信息，也为未来的改良育种和功能基因研究奠定了基础。
图4. 迷迭香酸生物合成调控因子的挖掘
图5. 转录因子SpbHLH54促进迷迭香酸的生物合成
