一个二倍体人参基因组揭示：人参皂苷多样性由UGT多样化与网络重构驱动，而非由基因家族扩张所致

药用植物三七（Panax notoginseng）能够产生结构多样的三萜皂苷（人参皂苷），然而这种化学复杂性的遗传基础仍不清楚。本文报道了二倍体三七的高质量染色体水平基因组，并整合比较基因组学、多组织多年期代谢组学与转录组学进行分析。 令人惊讶的是，与四倍体人参属物种不同，三七并未表现出核心皂苷生物合成基因家族的普遍扩张。相反，UDP-糖基转移酶（UGT）家族的谱系特异性分化、LTR逆转座子的近期爆发，以及物种特异基因在代谢修饰通路中的富集，共同指向了一条替代性的进化路径。 皂苷积累遵循严格的时空区室化模式，而共表达网络分析表明，其生物合成机制并非静态不变，而是在发育过程中持续发生重构——从第一年的基础合成模块，发展到第三年同时支持广泛积累和分支特异性修饰的模块化模式。17个差异表达的UGT表现出明确的组织偏好性以及与皂苷分支的相关性。 作为代表性例子，PnUGT33与PPD型皂苷分支紧密相关；结构建模、分子对接和100 ns分子动力学模拟表明，它能够差异性识别多样的三萜骨架。总体而言，我们的研究结果表明，二倍体三七中人参皂苷多样性主要来源于UGT谱系分化、发育过程中重构的调控网络，以及UGT介导的分支选择性后修饰，而非核心通路基因的扩张。该研究为理解植物如何在不发生全基因组加倍或大规模基因扩增的情况下实现代谢复杂性，提供了新的范式。

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🏷️ 人参皂苷生物合成 UDP-糖基转移酶 比较基因组学 代谢组学 转录组共表达网络 三七