A chromosome-level genome assembly and multi-omics analyses provide insights into the biosynthesis of piperlongumine in Piper sarmentosum

基因组 生物 基因 生物合成 顺序装配 遗传学 康蒂格 生物碱 计算生物学 基因复制 生物化学 转录组 基因家族 基因簇 基因组学 基因组计划 全基因组测序 基因表达 次生代谢 基因组编辑
作者
Yongjian Luo,Ru Wang,Yixin Zhang,Yuejiao Wang,Jun Liu,Yiqiang Wang
出处
期刊:Communications biology [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s42003-025-09448-z
摘要

Piper sarmentosum Roxb. is a significant medicinal and edible plant, and its active compound piperlongumine (PL) has garnered attention due to its pharmacological activities, including anticancer and anti-inflammatory effects. However, the key enzymes and regulatory mechanisms of its biosynthetic pathway are not yet fully understood. In this study, we generated a chromosome-level genome assembly, with a contig N50 of 15.36 Mb and a scaffold N50 of 22.52 Mb. The BUSCO assessment indicated high completeness, with a score of 97.4%. Genome annotation revealed 39,154 protein-coding genes and identified three lineage-specific whole-genome duplication (WGD) events that expanded gene families associated with alkaloid biosynthesis. Metabolomic analysis identified 4,456 metabolites, including 238 alkaloids, and demonstrated that flowers and fruits are the primary organs for PL biosynthesis. Molecular docking and the correlation of gene expression with levels of PL suggest that PsHCT1 catalyzes the condensation of sinapoyl-CoA and 5,6-dihydropyridinone, while PsCCoAOMT1 is responsible for the final synthesis of PL. This study provides insights into the mechanism of alkaloid biosynthesis in P. sarmentosum and may help lay the groundwork for enhancing the production of medicinal compounds.
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