欧洲七叶树

2023 年 10 月，陈士林团队在《自然-通讯》(Nature Communications) 发表“Characterization of the horse chestnut genome reveals the evolution of aescin and aesculin biosynthesis”的文章，作者采用多组学研究策略和质谱技术揭示了天然药物七叶皂苷和七叶素特异性合成的分子机制，并在大肠杆菌中实现了七叶素的绿色生物合成。研究背景现代植物化学和药理学的研究证明，草药中特异性积累的有效成分是其发挥药效的物质基础，七叶树属植物是一种温带北半球的多年生树木，该属植物由于分别含有药用活性成分七叶皂苷和七叶素被广泛应用于临床。七叶皂苷（玉蕊醇型三萜皂苷）制剂已经在临床中以口服、静脉注射和局部涂抹的方式广泛使用，用于治疗慢性静脉功能不全、水肿和痔疮等疾病。七叶素（香豆素类成分），也被称为 6,7- 二羟基香豆素 -6-O- 葡萄糖苷，与地高辛一起被广泛用作常见的眼药水七叶洋地黄双苷滴眼液的原料，以缓解眼疲劳、眼痛和干眼等症状。然而，目前对于这两种有效成分的合成、调控和转运机制的分子遗传学研究还相对薄弱。研究结果此次发表的研究通过空间代谢组揭示七叶皂苷在七叶树属植物娑罗子的子叶中特异性积累，解析了中华七叶树高质量基因组，并通过代谢组学、转录组学以及合成生物学技术等方法，成功解析七叶皂苷生物合成途径中关键的环化、氧化、酰基化和葡萄糖醛酸化等催化步骤。同时，课题组通过全被子植物基因组层面共线性研究发现该类三萜代谢基因簇的招募和进化模式，更好地理解了玉蕊醇型三萜类化合物在无患子目植物中的形成机制。针对七叶素的合成途径，研究团队根据关键基因在基因组中存在的拷贝数目及表达模式，筛选和验证了合成过程中关键基因的功能，在大肠杆菌中重建了七叶素的生物合成途径并完成了七叶素的绿色合成。研究结论本文以具有重要药用价值的七叶树为研究对象，综合运用基因组、转录组、代谢组、空间代谢组以及合成生物学等多种技术手段，揭示了七叶树中高价值代谢物七叶皂苷和七叶素的生物合成及进化过程。其意义在于，一方面为推动这些活性化合物的生物合成研究进展以促进其生产应用提供了良好的基础，另一方面为其他药用树木代谢物相关研究提供了良好的研究范式。专家团队此次发表的论文的共同第一作者为中国中医科学院中药研究所孙伟、尹青岗、万会花、高冉冉，共同通讯作者是中国中医科学院/成都中医药大学陈士林、北京化工大学孙新晓、东北林业大学徐志超。本草基因组学团队负责人陈士林院士 2022 年组织发布了千种本草基因组研究计划，在《创新》（The Innovation）、《自然-植物》（Nature Plants）、《分子植物》（Molecular Plant）、《自然-通讯》(Nature Communications) 等国际著名刊物发表了一系列的草药基因组学研究成果，极大地推动了学术界从分子遗传学层面理解中草药中有效成分的合成、转运、积累和调控，助力天然产物药物的绿色生物合成以及高含量药效成分品种的精准选育。参考文献：[1] Sun W, Yin Q, Wan H, et al. Characterization of the horse chestnut genome reveals the evolution of aescin and aesculin biosynthesis[J]. Nature communications, 2023, 14(1): 6470.

ASD | 利用高光谱反射率预测温带落叶阔叶树木的叶片性状：通用模型可适用于整个生长季节吗？追踪生长季和地理区域中叶片性状的变化是理解陆地生态系统功能的关键。野外光谱法是原位监测叶片功能性状的有力工具，在农业、林业和生态学中都有许多应用，例如，叶片光谱已用于表征许多叶片理化特性，预测倍体水平，估计叶龄，甚至可以预测入侵植物对凋落物分解的影响。但目前尚不清楚是否可以开发通用统计模型来根据光谱信息预测性状，或是否需要根据条件变化进行重新校准。特别是，生长季多个叶片性状同时变化，是否可以从高光谱数据成功预测这些时间变化是一个悬而未决的问题。基于此，为了填补研究空白，在本研究中，一组国际研究团队利用标准实验室方法（包括光捕获和生长：N（%），δ15N（‰），δ13C（‰），叶绿素，可溶性C（%）和叶片含水量（LWC）；防御和结构：每单位面积的叶片质量（LMA g m-2）、总C（%）、半纤维素（%）、纤维素（%）、木质素（%）、总酚类（mg g-1）和单宁（mg g-1）；岩石衍生营养素：P（%）、K（%）、Ca（%）、Mg（%）、Fe（μg g-1）、Mn（μg g-1）、Zn（μg g-1）和B（μg g-1））和叶片光谱（利用光谱范围为350-2500 nm的ASD FieldSpec 3进行测量，在350-1000 nm，采样间隔为1.4 nm，在1000-2500 nm，采样间隔为2 nm）追踪了整个生长季的变化，研究了温带落叶树木多种叶片性状和光谱特性之间的联系。旨在回答以下问题：（1）常见物种叶片的理化性状在生长季如何变化？（2）叶片反射率在生长季如何变化？（3）生长季叶片理化性状和光谱之间是否存在可预测的关系，从而使叶片光谱能够不受时间限制地远程追踪森林生态系统功能的变化？然后评估叶片光谱是否可以在季节效应的影响下稳定地捕获叶片性状，为通过机载和星载传感器的高光谱成像进行大尺度叶片性状调查奠定基础。【结果】理化性状和光谱在整个生长季变化很大，虽然6月和9月之间收获的成熟叶片变化较小。重要的是，叶片光谱可以准确预测大多数叶片性状的季节性变化，成熟叶片的预测精度通常较高。然而，对于一些性状，PLSR估算模型因物种而异，单一PLSR模型不能用于物种水平的准确预测。8个落叶树种叶片光谱及其变异性（平均反射率（a）和变异系数（b））的季节模式。2017 年 5 -10 月，不同季节对英国剑桥Madingley林地21种叶片性状全/特定光谱数据最佳PLSR性能的影响。2017 年 5-10 月，不同物种对英国剑桥Madingley林地21种叶片性状全/特定光谱数据最佳PLSR性能的影响。【结论】叶片光谱可成功预测整个生长季多种功能性叶片性状，为机载和星载成像光谱技术监测和绘制温带森林植物功能多样性奠定了一定基础。请点击下方链接，阅读原文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650309890&idx=1&sn=9bddcb74cbb31a26c18ad6aee87f4344&chksm=bee1a9fd899620ebd02f200799a9370626a1d8b6fee07375ad2580b562fa8ad686a495393775&token=1524960455&lang=zh_CN#rd

p 　　欧洲是世界上对转基因农产品管理最为严格的地区之一，对转基因作物及其产品一直高度谨慎。但种种迹象表明，欧洲在转基因农产品种植以及安全性认可问题上已出现了松动。 /p p 　　事实上，欧洲转基因农产品也并非被完全拒绝。已有两种转基因作物获准在欧盟种植，分别是美国孟山都公司的MON810转基因玉米和德国巴斯夫公司的Amflora转基因土豆。此外，包括NK603转基因玉米在内的44种转基因农作物获准进口到欧盟销售，品种涵盖棉花、大豆、油菜、土豆和甜菜等。 /p p 　　此外，近年来，不少研究机构和科学家相继发声，既为转基因农产品的安全性背书，也呼吁破除制度障碍、推动转基因技术在欧洲加快发展。 /p p 　　不久前，著名的英国皇家学会发布了有关转基因食品的科学指引，意在消除公众对转基因食品安全性的疑虑。报告指出，转基因作物制成的食品可安全食用，没有证据显示它们会对健康产生不利影响。 /p p 　　而针对转基因作物可能的环境影响，皇家学会在科学指引中说：“作物不会简单地因为经过转基因技术改造就对环境产生损害。” /p p 　　早在2014年，就有20多位欧洲顶尖植物学家联名致信欧盟指出，如果不允许种植转基因作物，欧洲农业的发展目标将遥遥无期。 /p p 　　转基因农产品在欧洲引发诸多是非，首先源于欧洲民众对食品安全问题有着特殊的“心理情结”。自英国发现疯牛病以来，欧盟区域内食品安全问题不断，在随后的“二恶英”污染、禽流感、口蹄疫等一连串事件的冲击下，欧洲人在食品安全问题上谨慎了许多。 /p p 　　而转基因作物正好是在欧洲人普遍担心食品安全的时期迅速发展起来的，这一过程始终伴随着质疑。欧盟委员会进行的一项调查曾显示，56%的欧盟国家公民敌视转基因技术，其理由是与用动物骨粉喂牛一样，“转基因技术只能给开发者带来更多利润，而对整个社会没有任何好处”。此外，对转基因技术缺乏了解，特别是媒体对转基因技术风险的肆意夸大，也让欧洲人一直对转基因食品疑虑重重。 /p p 　　转基因食品的是非背后，还隐藏着经济利益的矛盾。截至2014年，全球转基因作物种植面积达到1。815亿公顷，种植面积连续19年持续增加，而欧洲的种植面积几乎可以忽略不计。不同的经济利益使得一些欧洲国家对转基因作物存在排斥态度。 /p p 　　不过在欧洲“挺转”与“反转”的长期争论中，最有标志性的是英国科普作家、著名“反转斗士”马克· 莱纳斯的“倒戈”。莱纳斯曾在1996年写了被认为是第一篇“揭露转基因食品罪恶”的文章，还曾组织数十人持刀破坏转基因试验田。 /p p 　　然而在2013年1月，莱纳斯在一次公开演讲中说，自己“妖魔化”转基因食品的行为加剧了公众对转基因的恐惧情绪，他对此表示道歉，并强调“现在市面上的转基因食品都经过毒理和药理安全测试，因担心其危险而拒绝它无异于因噎废食”。　　　凯茜· 马丁是欧洲知名植物研究机构约翰· 英尼斯中心的高级研究员，长年致力转基因作物研究。她对新华社记者说，过去25年里超过500个独立研究机构对转基因农产品的安全性进行了大量研究，至今没有任何科学证据显示它们在环境影响和健康安全方面比传统农作物和食品风险更高。 /p p 　　尽管科学界在不断呼吁，转基因农产品在欧洲“破冰”仍面临障碍，特别是欧盟内部政治因素。 /p p 　　去年1月，欧洲议会通过一项法令，允许欧盟成员国根据各自情况选择批准、禁止或限制在本国种植转基因作物，让一些国家有权在国内禁种转基因作物。去年10月，欧洲议会又否决了欧盟委员会让各国自行决定是否禁止或限制转基因农产品进入本国市场的一项建议。一个立法和一个否决，反映了欧盟内部对待转基因的分歧。 /p p 　　欧盟食品安全局转基因生物专家组前任主席乔· 佩里认为，欧盟其实已没有任何科学上的理由去推迟批准一些成熟的转基因作物在成员国商业种植，“唯一的原因也只是政治上的”。 /p p 　　凯茜· 马丁分析说，欧洲一些农业大国担心引入转基因农产品会损害本国传统农产品市场，因此它们一直倡导欧盟限制甚至禁止转基因农产品，导致研发转基因技术的企业纷纷放弃欧洲市场。 /p p 　　面对这一状况，英国政府咨询机构——科技委员会发表报告警告说，欧盟在转基因技术管理上过度保守，繁文缛节导致产品审批流程缓慢，在这一领域已开始落后于美国和中国等国家。 /p