异黄酮通常被视为豆科植物的“代谢名片”，但在鸢尾科药用植物射干（Belamcanda chinensis）中，它们同样是发挥药用价值的核心成分。非豆科植物如何独立演化出这套复杂的合成体系？其关键修饰酶具有怎样的催化机制？
近日，红河学院党委副书记、校长杨生超教授携云南农业大学科研团队，联合中国药科大学秦民坚教授团队，在国际知名植物学期刊Plant Biotechnology Journal（IF=10.5）发表了题为“A near telomere-to-telomere genome of Belamcanda chinensis provides insights into genome evolution and the biosynthesis of characteristic isoflavones”的研究论文。研究团队不仅提供了射干近T2T基因组资源，解析了关键修饰酶功能，同时还讨论了豆科与非豆科植物在异黄酮合成能力上的趋同进化机制。
研究团队整合了Illumina、PacBio HiFi、Oxford Nanopore及Hi-C测序技术，构建了大小为4.18 Gb的射干近端粒到端粒基因组。该组装包含16条染色体，Contig N50达209.6 Mb，BUSCO完整性高达98.70%，LAI值为17.2，达到了参考基因组质量标准。其中12条为完全无缺口的完整序列。通过Ks/共线性深度分析及化石定年校准，发现射干经历了两次谱系特异性的全基因组复制（WGD）事件，分别发生在约54.6和27.3百万年前。而这些事件驱动了胁迫响应和次生代谢相关关键基因家族的显著扩张，为射干的环境适应性和代谢多样性奠定了遗传基础。
基于射干近T2T基因组，鉴定了两个关键的O-甲基转移酶BcOMT03和BcOMT33，证实它们负责催化射干质量标志物化合物次野鸢尾黄素（irisflorentin）生物合成中的作用。同时，表征了BcUGT009、BcUGT119、BcUGT124和BcUGT032四个具有7-O催化活性的糖基转移酶，能够催化形成多种异黄酮。通过结构建模和定点突变，发现BcUGT009的K404A突变体的相对活性显著增强，阐明了其催化机制，为酶工程改造提供了新靶点。
此外，跨物种比较分析表明，豆科和非豆科植物中关键酶家族的趋同扩张是异黄酮生物合成能力的遗传基础。这一发现为理解"相同代谢表型在不同植物类群中的独立起源"提供了新思路。
【研究意义】
该研究不仅提供了射干的高质量参考基因组，解析了其古老的多倍化事件及谱系特异性基因家族的扩增机制，还鉴定并验证了一系列功能明确的异黄酮修饰酶，明确了非豆科药用植物合成特征性异黄酮的酶学基础与进化策略。鉴定的功能酶及突变体有望应用于异黄酮途径的异源重构与代谢工程改造，为射干的分子育种及高附加值成分的生物制造提供了关键基因资源。
【作者简介】
云南农业大学农学与生物技术学院在读博士研究生王圆圆和陈碧环为该论文共同第一作者。红河学院杨生超教授、云南农业大学张广辉教授和中国药科大学秦民坚教授为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金委和云南省特色植物提取实验室项目资助。
论文题目：Y.-Y. Wang, B.-H. Chen, G.-S. Xiang, et al. A near telomere-to-telomere genome of Belamcanda chinensis provides insights into genome evolution and the biosynthesis of characteristic isoflavones. Plant Biotechnology Journal, 2026.
原文链接：http://doi.org/10.1111/pbi.70612
