![]()
根据被子植物系统发育组[APG] IV和世界植物在线（poo）的数据，芦笋由大约1030属和39,000种组成，分布在14科，包括兰科，这是被子植物中最大的科之一。芦笋以其多种用途而闻名，可作为蔬菜（洋葱、韭菜、大蒜、芦笋）、香料（香草）和观赏植物（兰花），并具有药用价值（中国的天麻和石斛属植物[石虎]和北美的塞浦路斯属植物）。尽管有几项研究调查了芦笋的系统发育，但其进化关系仍存在不确定性。
2024 年 11 月 8 日，中国药科大学陈凌云、谭宁华联合中国科学院大学王青锋及广东药科大学韦坤华共同通讯在 Nature Communications （IF=14.7）在线发表题为“Phylotranscriptomics reveals the phylogeny of Asparagales and the evolution of allium flavor biosynthesis”的研究论文。该研究结果强调了基因扩增，表达增加和氨基酸突变在驱动葱特异性化合物进化中的作用。这些见解不仅加深了我们对芦笋系统发育的理解，而且阐明了支撑特殊化合物的遗传机制。
在这里，作者利用来自455种天冬酰胺的转录组数据来探索天冬酰胺的系统发育。此外，还研究了参与葱香味形成的基因的进化模式。作者不仅建立了一个强大的分支系统发育的芦笋，也探讨了他们的网状关系。值得注意的是，该研究发现8个参与葱香味化合物生物合成的基因在葱属植物中进行了扩增。此外，还观察到葱氨酸酶中的一个氨基酸和催泪因子合成酶中的三个氨基酸发生了特异性突变。
![]()
根据poo的数据，芦笋在全球各大洲都有分布，北美和亚洲的物种多样性最高。一些研究调查了芦笋的生物地理学。例如，星菖蒲科、蓝菖蒲科、Boryaceae、鸢尾花科和兰科的祖先区域被确定为澳大利亚。总的来说，据报道，芦笋科外的生物地理起源来自澳大利亚、南非或冈瓦纳。然而，剩下的三个科，Amaryllidaceae， Asparagaceae和Asphodelaceae的生物地理起源仍有待确定。在当前的系统基因组学时代，通过综合系统基因组学和植物生物地理模式的证据，有希望弥合我们对进化的理解。因此，有必要对芦笋的生物地理特征进行进一步的分析。葱的独特风味归因于葱中发现的S -烷基(烯)半胱氨酸亚砜( CSOs )产生的多种含硫化合物，如大蒜和洋葱。主要的CSOs，如蒜氨酸和异蒜氨酸，是葱属植物药用和风味物质的主要来源。蒜氨酸和异蒜氨酸的生物合成途径来源于半胱氨酸，至少涉及7个步骤。当大蒜鳞茎被粉碎时，蒜氨酸在蒜氨酸酶的作用下连续转化为大蒜素。利用3个葱属物种(大蒜[ A. sativum ]、大葱[ A. frutulosum ]、洋葱[ A. cepa ])、拟南芥和10个单子叶植物的基因组数据进行比较分析，发现蒜氨酸酶和催泪的因子合成酶( LFS )在3个葱属物种中都有扩张。![]()
与 CSO 生物合成相关的蛋白质的基序和氨基酸突变（图源自Nature Communications）
该研究还发现，LFS仅存在于3种葱属植物中，在其他葱属植物中不存在。这一发现得到了最近的一项研究的支持，其中使用了相同的3个Allium物种和86个其他物种。转录组分析发现，蒜氨酸酶、ATP -硫酸化酶( ATPS )和O -乙酰丝氨酸(硫醇)裂解酶( OASTL )在韭菜( A. tuberosum )中扩增。葱属植物有1000多种，CSOs是葱属植物特有的天然产物。目前尚不清楚这些基因是否在葱属植物中广泛扩张。此外，尽管先前的综述假设CSOs存在于所有葱属植物中，但葱属植物中是否普遍存在CSOs生物合成途径也不确定。
在该研究中，作者使用了一个包含501个样本的转录组或基因组数据的数据集，其中包括来自169个物种的196个样本。共有464种，涵盖芦笋科14科中的13科，葱属植物37种，外类群9种。研究旨在实现三个目标：(1)建立一个强健的芦笋系统发育框架；(2)探索芦笋属植物的生物地理特征；(3)利用高分辨率质谱、转录组全范围表征、转录组测序和分子对接的基因表达分析，研究CSOs生物合成途径相关基因的进化模式。作者的研究通过这些综合方法为这种多样化和生态意义重大的芦笋目提供了有价值的见解。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-53943-6/figures/5![]()
—END—
内容为【iNature】公众号原创，
转载请写明来源于【iNature】
微信加群
iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群（16个PI群及64个博士群），同时更具专业专门组建了相关专业群（植物，免疫，细胞，微生物，基因编辑，神经，化学，物理，心血管，肿瘤等群）。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授，否则就直接默认为在读博士，谢谢）。可以先加小编微信号（love_iNature），或者是长按二维码，添加小编，之后再进相关的群，非诚勿扰。
![]()
![]()
投稿、合作、转载授权事宜
请联系微信ID：13701829856 或邮箱：iNature2020@163.com
觉得本文好看，请点这里！
