苄基异喹啉生物碱（Benzylisoquinoline Alkaloids,BIAs）是一类结构多样且药理活性丰富的植物次生代谢产物，包括吗啡喃、小檗碱和木兰碱等。这类天然化合物主要分布于防己科、罂粟科等基部真双子叶及木兰类植物，具抗炎、镇痛、免疫调节、抗肿瘤和抗病毒等多种活性，在传统医药和现代药物研发领域均具有重要应用价值。当前人们对真双子叶植物早期分化类群中BIAs的生物合成途径已有了较为全面的认识，但木兰类植物中BIAs的生物合成途径以及起源演化尚不清楚。
中国科学院植物研究所焦远年研究组利用木兰类主要支系代表物种的基因组信息，包括新测序的马兜铃科植物马蹄香（Saruma henryi）和木通马兜铃（Aristolochia manshuriensis），开展了系统的比较基因组学分析，揭示了木兰类植物在进化过程中的全基因组加倍（WGD）事件进化历史，首次推测了木兰类植物的祖先染色体核型，并进一步阐明了染色体结构和重排的历史。
研究人员通过多组学联合分析，厘清了木通马兜铃中BIAs生物合成的遗传途径。通过烟草异源表达体系，研究人员验证了CNMT、6OMT和NMCH等关键基因在BIAs生物合成通路中的功能。进一步通过进化基因组学研究探讨了BIAs合成途径的起源和演化历史。研究发现BIAs合成相关基因多数起源于被子植物分化前的古老基因重复事件，但只有基部真双子叶植物和木兰类植物通过选择性保留这些重复基因而维持了BIAs的合成能力。相比之下，单子叶植物和核心真双子叶植物则因这些关键基因的特异性丢失而丧失了BIAs生物合成潜能。因此，本研究发现古老重复基因的偏好性保留和差异丢失是BIAs趋同演化的主要原因。
相关研究于4月29日在线发表于国际学术期刊Nature Communications上。植物所已毕业博士研究生胡昳恒、王金朋，助理研究员易欣，博士研究生刘璐妹和王新为该论文共同第一作者，焦远年研究员为通讯作者。博士研究生汪建宇、博士后李鹍鹏、助理研究员秦刘玉等也参与了该工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国科学院青年交叉团队等项目的资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-59343-8
（植物多样性与特色经济作物全国重点实验室供稿）
BIAs和马兜铃酸合成途径及关键基因的进化历史
