Multiple independent losses of the biosynthetic pathway for two tropane alkaloids in the Solanaceae family

托烷 茄科 生物 基因 遗传学 植物 神经科学
作者
Jiao Yang,Ying Wu,Pan Zhang,Wei Ma,Ying Yao,Yan Lin,Lei Zhang,Yongzhi Yang,Changmin Zhao,Jihua Wu,Xiangwen Fang,Jianquan Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41467-023-44246-3
摘要

Hyoscyamine and scopolamine (HS), two valuable tropane alkaloids of significant medicinal importance, are found in multiple distantly related lineages within the Solanaceae family. Here we sequence the genomes of three representative species that produce HS from these lineages, and one species that does not produce HS. Our analysis reveals a shared biosynthetic pathway responsible for HS production in the three HS-producing species. We observe a high level of gene collinearity related to HS synthesis across the family in both types of species. By introducing gain-of-function and loss-of-function mutations at key sites, we confirm the reduced/lost or re-activated functions of critical genes involved in HS synthesis in both types of species, respectively. These findings indicate independent and repeated losses of the HS biosynthesis pathway since its origin in the ancestral lineage. Our results hold promise for potential future applications in the artificial engineering of HS biosynthesis in Solanaceae crops.
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