西安交大科學家破譯了“鴉片”的基因密碼，罌粟有望更好地造福人類！

罌粟，常被稱之為“惡之花”，外表雖明艷動人，卻能滋生癮患。然而，它也是緩解人類疾病痛苦的良藥。早在新石器時代，阿爾卑斯山腳下的洞穴中就發現了使用罌粟痕跡；唐朝時期，罌粟由大食（阿拉伯帝國）進貢傳入中國。《本草求原》就曾這樣記載罌粟的良效，“性同于粟殼，而止痢止痛行氣之效尤勝”。事實上，從罌粟中提取的嗎啡類生物堿是強有力的止疼劑，除具有止疼藥效外，罌粟中的那可丁成分，還具有顯著止咳以及抗癌的功效。

遺憾的是，人們對罌粟的藥用價值一直沒有系統、全面的認識，因而不能將其物盡其用，反而使之成為荼毒百姓生活的“殺手”。因此，破解罌粟基因組是當今科學界亟待破解的世界難題。由于罌粟的基因組存在大量（約70%）的重復序列，且經歷了多次大規模的結構變異，使得解析該基因組異常困難。

交大教授團隊破解世界難題，成果發表于《科學》雜志

來自西安交通大學的葉凱教授團隊，以英國本土罌粟植物為對象，利用多種前沿基因組測序技術、復雜數學模型、深度挖掘及分析方法，成功破譯罌粟基因組并揭示其進化歷史，首次在國際上完成了罌粟全基因組測序及高質量組裝分析。

8月30日，最新一期《科學》雜志發表了由葉凱教授課題組、英國約克大學伊恩·格拉漢姆院士團隊、英國惠康基金桑格研究所寧澤民研究員共同合作，題為《鴉片罌粟基因組及嗎啡喃的合成》的學術論文，在國際上首次公布鴉片罌粟的高質量全基因組序列，揭示其進化歷史上主要加倍和重排事件，闡明嗎啡類生物堿、合成基因簇的進化歷史，為進一步開發鴉片罌粟的藥用價值和揭示罌粟科乃至早期雙子葉植物的進化歷史奠定了重要基礎。

其中，葉凱青年科學家工作室郭立副教授與楊曉飛講師為本文共同第一作者，葉凱教授為共同通訊作者，西安交通大學為第一作者單位，該工作從接收到在線發表僅隔8天。

8月31日，《科技日報》頭版報眼以“鴉片罌粟封存億萬年基因密碼破譯”為題，報道《科學》雜志最新發表西安交通大學主導的國際合作研究成果。

讓植物滿足醫療所需，使物種造福于人類

葉凱教授團隊研究顯示，罌粟基因組在距今780萬年發生了一次全基因組加倍事件，在距今至少1.1億年發生基因組片段加倍事件。此外，研究首次發現罌粟合成止咳那可丁和鎮痛嗎啡類生物堿的15個基因在11號染色體上形成超級基因簇，該基因簇在根、莖部特異表達且共表達。

正是由于罌粟在進化過程中經歷基因組加倍事件和多次基因片段擴增、丟失、融合和重排等，造成了兩種代謝通路基因的聚集和共表達，形成了超級基因簇，從而能夠協同高效合成新的次生代謝物，而罌粟中最具藥效的嗎啡類生物堿和那可丁成分均屬于罌粟的次生代謝產物。

葉凱教授團隊公布罌粟全基因組序列，破譯罌粟中合成次生代謝產物的奧秘，不僅對開發分子植物育種工具，培育新品種大有裨益，更對工業生產中選擇性提高具有不同藥效的生物堿產量具有重大指導意義。“本項目的研究宗旨與定位即，讓植物滿足醫療所需，使物種造福于人類。”葉凱教授篤定道。

歸國教授，從生物學跨界信息學

葉凱，西安交通大學電子與信息工程學院教授，作為主要成員參與了國際千人基因組計劃、美國腫瘤基因組路線圖等國際重大科學項目。

碩士期間，葉凱一直專注于生物學領域研究，赴歐洲萊頓大學讀博后，第一次進入生物信息學領域。從那之后，一個純生物學學生堅定地踏進交叉學科實驗室，把生物學過程抽象成信息學編碼，而“基因變異”“二代測序”“算法設計”“生物大數據”“精準醫療”也成為伴隨他未來交叉研究的關鍵詞。

2016年初，在海外學習工作12載的葉凱毅然選擇回到祖國。為打破學科壁壘、形成有利于開展綜合交叉研究的工作氛圍，2015年，西安交大開始探索“科學家工作室”模式，2016年4月，成立了葉凱教授領銜的第一個青年科學家工作室。在學校雙一流學科建設項目的支持下，工作室積極組建跨學科研究團隊，開展生物信息學和基因組學的前沿交叉研究。

成功秘訣在于實現跨學科與國際化合作

葉凱教授團隊的“罌粟基因組”項目研究歷時兩年多，從2015年底開始籌劃設計，2017年6月拿到所有數據，到2018年2月正式完稿，團隊采集數據后僅8個月就高效完成了這項極具難度的研究分析過程。

團隊所在的電信學院智能網絡與網絡安全教育部重點實驗室包含信息領域的4個一級學科、數學、生物信息學、法學等學科，是典型的交叉學科實驗室。團隊充分利用實驗室的交叉學科研究條件與環境，并與西安交大第一附屬醫院研究團隊密切合作。目前，團隊規模不大，但成員的學科背景豐富多樣，涵蓋了多個學科領域，再加上國際間的通力合作，最終，在短時間內取得了重大成果。

葉凱教授團隊取得此次成果，體現了西安交通大學“雙一流”建設布局的前瞻性，以及鼓勵交叉學科發展、培養交叉學科人才的明智決策。多年來，西安交大積極實行開放包容的人才政策，通過一系列引進和培養計劃，為青年教師搭建成長的完整階梯。當前，葉凱教授團隊將繼續砥礪前行，在學科交叉的廣闊天地中，加強國際化交流合作，探索發現新知，不斷織就報國為民的偉大夢想。

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