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近日，中国科学院昆明植物研究所“2024年度十大进展”揭晓。现将评选结果公布如下：科研进展7项（第2、3项并列，第5-7项并列）；工作进展3项，排名不分先后。

1. 黄芪皂苷的完整生物合成途径解析

黄芪作为我国的大宗中药材，具有补气升阳、固表止汗、生津养血等功效；其中，黄芪甲苷（astragaloside IV）作为其主要功效成分之一。然而，由于黄芪甲苷结构复杂且自然资源有限，经典的分离提取或化学合成方法难以满足日益增长的市场需求。近年来，利用合成生物学手段进行黄芪甲苷的异源生产，有望解决其资源短缺问题；但这一生产方式又受限于未知的黄芪甲苷生物合成通路。为了解决黄芪甲苷的资源问题，受鲁南制药委托，植化室黄胜雄专题组聚焦于黄芪甲苷的生物合成研究，并在2024年取得了突破性进展：

通过对膜荚黄芪基因组和转录组数据进行了深入分析，确定了可能负责黄芪甲苷生物合成的基因簇；通过体内外功能验证，揭示了此基因簇中6个功能基因参与到黄芪甲苷的生物合成。在此基础上，将这6个功能基因在烟草中进行了瞬时表达，实现了黄芪甲苷的异源合成，其在烟草中产量可达2.224 mg/g。此工作中，黄芪甲苷生物合成基因簇（4 Mb）是目前报道的最大的植物基因簇，且缺少关键的萜类合酶（Nat. Plants,2024,10,1826）。此基因簇的发现为其他萜类化合物生物合成基因簇的挖掘提供了一个重要的参考。该工作发表后被Science杂志作为亮点文章推荐和点评（Science 2024,6723,742）。

2. 多组学证据揭示竹类植物物种多样化的遗传机制

多倍化是现今植物学研究的一个焦点主题，广泛发生于被子植物的各个演化阶段，伴随着诸多大科大属的兴起。然而，在亚基因组水平上，对于多倍化如何促进植物适应性演化和物种多样性形成的认识仍然不足。作为禾本科物种多样性最为丰富的类群之一，全球约有竹类植物1700余种，其中木本竹类占总种数的92.6%，且茎秆高大，木质化程度高、营养生长周期长。在多年竹类植物系统分类与演化研究积累的基础上，种质库团队利用多组学证据揭示了木本竹类二倍体祖先之间的古杂交事件，解决了困扰学界多年的木本竹类是否为单次起源的问题。进一步观察到两个木本四倍体分支中亚基因组优势的独立起源现象，且为同一套优势亚基因组。在六倍体分支中，亚基因组优势则表现得更为动态和多样化，首次报道了多倍体植物中存在的亚基因组优势转移现象，为理解多倍体植物的演化机制开辟了研究新方向。证实优势亚基因组在竹类由草本到木本的生活史转变中发挥了更大的作用，催生了木本竹类的适应性演化和大规模物种分化，使其在森林环境成功繁衍。此外，还集成了竹类植物的分类系统学和多组学数据库。相关成果先后发表在Nature Genetics和Molecular Plant上，在深入理解多倍化尤其是亚基因组优势与植物多样性形成具有理论创新。

图 11种竹类基因组共线性图与木本竹类和草本竹类的对比

3. “被子植物及其关键类群的分子系统发育和演化”荣获云南省自然科学奖一等奖

该项目创新了质体基因组组装和注释工具，重建了被子植物及其关键类群（2目3科）的生命之树，探索其起源和演化等重大科学问题。首次构建了被子植物及关键支系蔷薇目及其目下蔷薇科、大麻科，豆目下豆科，和石竹目等类群的高解决的系统发育树，解决了系列长期有争议的系统发育关系，为困难系统发育关系研究提供了新方案和新思路。首次将被子植物在侏罗纪未知演化历史阶段称为“侏罗纪空缺”，为被子植物早期演化研究奠定基础；提出了分析冲突系统发育信号是质体系统发育基因组学研究的必要环节的新观点。创新的质体基因组组装工具GetOrganelle和注释工具PGA极大推动世界质体系统发育基因组学发展。

该项目在方法上有新突破，在系统发育和演化有理论创新，取得的系列原创性研究成果在国际著名期刊Nature Plants、Genome Biology等发表；20篇代表性和核心论文累计影响因子为118.038，他引2373次；8篇代表性论文累计影响因子73.192，他引2047次；其中ESI领域热点（0.1%）论文3篇、高被引（1%）论文2篇，1篇入选2020“中国百篇最具影响国际学术论文”，1篇被《植物学报》选为“2019年植物系统演化的重要进展”，1篇研究成果写入大学教材《植物学》，多项研究成果被Science、Nature Plants等文章正面评价，在国内外产生了广泛影响，对林木等资源的保护和挖掘利用奠定了理论基础，对我国植物学发展具有重要意义。

该项目荣获云南省2023年度自然科学奖一等奖，主要完成人为中国西南野生生物种质资源库伊廷双、李德铢、李洪涛、张荣等。

图 被子植物目级水平系统发育树示意图

4. 玉米抗虫机制研究连续取得重要进展

玉米是我国总产量最高的粮食作物，对国民经济的重要性无可替代。近年来，随着草地贪夜蛾入侵并迅速成为玉米的主要害虫，解析玉米抗虫分子机理对抗虫玉米育种的重要性更加凸显。“植物与其它生物互作化学生态学攻关团队”相继发现：1）玉米茉莉酸（JA）信号途径核心转录因子MYC2，通过启动子激活的方式正调控玉米主要抗虫化合物丁布的合成，进而正调控抗虫性，且MYC2介导了JA下游多半基因的抗虫响应；2）丝裂原活化蛋白激酶MPK4通过磷酸化MYC2来调控其蛋白稳定性及转录激活活性，发现了MPK4能够调控JA的积累，并揭示了MPK4对JA信号途径的重要调控功能。3）与双子叶植物中JA和水杨酸（SA）拮抗表型不同，玉米中SA并不影响JA的积累，但却通过调控丁布的积累介导玉米的抗虫性；4）虽然丁布类化合物是玉米抵御害虫的重要化合物，但是玉米中的内生泛菌可以将其作为碳氮源，草地贪夜蛾又可以进一步通过取食，把泛菌集中在自己的马氏管中，把丁布类物质解毒代谢掉，进而抵消玉米通过丁布化合物介导的抗虫性。

上述结果相继发表在Journal of Integrative Plant Biology、Plant Physiology、Plant Diversity和Microbiome杂志上。这些结果为了解玉米抗虫分子机理提供了丰富的信息和新视角，也标志着昆明植物所在玉米抗虫机制研究领域的影响力持续提升。

左图 玉米MYC2和MPK4介导的抗虫性；

右图 泛菌的分离、对丁布的代谢及在草地贪夜蛾体内的定殖。

5. 《青藏高原地衣多样性》出版

《青藏高原地衣多样性》是结合“第一次青藏高原横断山综合考察”和“第二次青藏高原科学考察与研究”两项国家重大项目中地衣考察和研究成果的一部分。本书是作者及其团队40余年在青藏高原地区大量野外考察、标本采集和分类鉴定工作的积累，通过文字描述与原生态图片相结合,分别按：森林、高山灌丛、草甸、高山流石滩、干旱河谷等生境，真实反映当前青藏高原的地衣生物群落基本组成，共涉及38科，118属，211种，包含了青藏高原特有及濒危物种、近年国内外在本地区发现的新属种、新记录属种，以及重要经济地衣资源物种。每个物种均提供了野外生境照片、基元异名、形态特征描述、生境、海拔、分布和青藏高原范围内研究的标本引证，其中模式产地为青藏高原的物种均提供了分子数据、模式产地信息和模式标本馆藏地，反映了当前青藏高原地衣群落的基本组成及分布情况。

书中涉及的全部引证标本均馆藏于中国科学院昆明植物研究所标本馆（KUN）。极大地丰富了KUN在青藏高原地区的地衣标本积累，同时填补了藏北无人区、可可西里、柴达木盆地等地衣采集史上的空白，为进一步深入开展青藏高原地衣多样性研究、群落演化、环境监测、资源利用与保护等研究提供了参考。

6. 阐明“一体化压铸”式的真菌烯化吲哚生物碱生物合成途径

天然产物是功效分子的重要源泉，其获取方式除传统提取分离和化学合成外，近年来，基于生物合成的合成生物学方法崭露头角。在此领域，酶与酶之间有时会形成临时的结构-功能复合体——代谢子（Metabolon）极大地提升了代谢效率，使得目标产物的合成更为高效。然而，由于生物合成过程中中间体的不稳定性，全面解析生物合成途径一直是科学家们面临的巨大挑战。

真菌烯化吲哚生物碱家族，凭借其独特的二氮辛烷结构单元，展现出丰富多样的生物活性。在这个家族中，对映异构体、差向异构体以及非差向异构体的多样性，充分揭示了其生物合成控制机制的复杂与多变，使其成为天然产物研究的热点。尤其引人关注的是，在多种真菌中共存 ( )-notoamide B及其非差向异构体( )-versicolamide B，尽管科学家们已推测出其生源合成涉及蘋哪醇重排和Diels–Alder加成等关键步骤，但这些步骤的具体顺序及控制机制迄今仍是一个未解之谜。

为了揭开这一谜团，中国科学院昆明植物研究所郝小江研究员/邸迎彤研究员团队携手北京大学深圳研究生院吴云东研究员团队，通过综合运用途径解析、化学计算以及共定位分析等手段，深入探究了由SpeF/SpeG 组成的代谢子如何实现“一体化压铸”notoamide E, 生成 ( )-notoamide B和 ( )-versicolamide B 的具体途径与机制。研究团队利用基因敲除、异源重建、饲喂实验以及结构分析等技术手段，发现SpeG的底物是一种不稳定的活性环氧中间体，且其起始氧化位置特定于C-17位。在此基础上，团队围绕由该中间体异构化形成的含环氧的氮杂二烯正离子中间体Tau-MA，进行了深入的理论计算。这些计算结果不仅揭示了构建两种非对映差向异构的二氮辛烷结构单元的主要机制是逆电子需求的Diels-Alder反应（IEDDA），还阐明了底物控制了随后的环氧开环的区域选择性。

在推测的生物合成途径中，环氧化和C-17位氧化这两个关键步骤分别由SpeF和SpeG催化完成，这需要不稳定的环氧中间体能够在SpeF和SpeG之间有效传输，从而暗示SpeF和SpeG可能形成稳定的代谢子。后续的蛋白共定位分析与酵母双杂实验证实了这一推测。此次研究不仅成功识别并表征这种由代谢子介导的生物合成途径，为其他相关分子的生物合成解析提供了更为深入的理解，同时也为生产这些具有重要药理活性的分子以及发现新的生物活性化合物开辟了全新的途径。这一研究成果对于推动活性天然产物生物合成途径的完整解析、以及开发利用具有重要意义。

该成果在线发表于Science China Chemistry上（doi: 10.1007/s11426-024-2134-0）。

7. 山地生态系统中真菌多样性时空演化及可持续利用研究取得重要进展

围绕地球化学元素循环与陆地生态系统驱动过程中真菌学研究前沿，基于真菌的生态管理及碳循环是国土资源治理的新方向，提出了全球关键生态系统如热带雨林、海洋与淡水等环境中的真菌种类；描述了真菌7个新目、81个新科、309个新属、2146个新种，引领全球真菌物种大发现，增加人类对真菌界的新认知，丰富了我国真菌资源的战略储备。率先引入新方法，揭示真菌在全球变化中的时空动态与季节性变化规律；从点到面，从大尺度到小尺度，提高重要野生食用菌分布识别的空间分辨率，为大食物观的野生菌资源的可持续利用与科学管理提供了精准的时空数据；公布全球2189种可食用野生菌清单，为野生食用菌安全利用提高了科学评价体系。解析了高度多样的山地生态系统中土壤真菌多样性与森林生态系统的协同关系，以及多元化农林复合系统中菌根真菌在促进根际营养代谢、生态系统功能性修复、微塑料新型污染物消减以及应对全球变化等方面的作用机制，为退化山地生态恢复、高原特色绿色发展和碳封存技术提供了新途径；提出了资源真菌产业化开发利用新思路，为精准扶贫与乡村振兴提供新模式；林菌复合系统理论及其在南亚东南亚的培训实践入选联合国“南南合作”最佳案例。该成果成功入选2024年度云南省自然科学一等奖拟奖励项目，相关研究成果2024年发表在Environmental Science & Technology（1篇）、Fungal Diversity （1篇）、 Mycosphere（1篇）等国际期刊，并获得牛肝菌种植授权专利1项。

8. 国家重点研发计划类项目立项取得突破

国家重点研发计划作为面向世界科技前沿、面向国家重大需求，事关国家安全的战略性、基础性、前瞻性重大科学问题，为国民经济和社会发展各主要领域提供持续性支撑和引领作用的国家重大项目。在国家自然科学基金委员会发布国家重点研发计划“合成生物学”重点专项2024年度项目申报指南之后，中国科学院昆明植物研究所黄胜雄研究员积极组织项目组成员，并担任首席科学家进行项目申报。该项目在中国科学院昆明植物研究所为牵头，联合南方科技大学、华东理工大学、中国医学科学院药物研究所、江南大学、深圳湾实验室团队成员的共同努力下，最终获得立项。这对昆明植物所积极抢占科技竞争和未来发展制高点、落实院制定的重大科技任务“白名单”具有重要意义。

9. 高水平学术期刊建设成效显著，所办三本期刊全部进入Web of Science所属学科领域Q1区

汇聚研究所植物学、植物化学和真菌学学科优势力量，打造自主掌控高水平学术阵地。2024年研究所主办期刊《植物多样性（英文）》（Plant Diversity,PD）、《应用天然产物（英文）》（Natural Products and Bioprospecting,NPB）和《真菌多样性（英文）》（Fungal Diversity,FD）在影响力方面均取得了显著进展，三本期刊分别进入Web of Science核心合集收录的植物科学、化学药学和真菌学学科领域Q1区。

《植物多样性》，自2019年被SCIE收录后，2020年首获影响因子1.864，最新影响因子为4.6，在Web of Science核心合集收录的植物科学(Plant Sciences) 学科265种期刊中排名第34位（JCR Top12.8%），连续两年进入Q1区。

《应用天然产物》，创刊以来影响力逐年提升，2023年获得首个影响因子，最新影响因子提升至4.8，在Web of Science核心合集收录的化学药学（Chemistry,Medicinal）领域72种期刊中排名第15位，首次进入Q1区（JCR Top20.8%）。

《真菌多样性》最新影响因子为24.5，在全球真菌学领域期刊中持续位列第一，在我国主办的全部SCI期刊中排名第9。

10. 野外台站建设和运行成效显著

中国科学院昆明植物研究所建设有5个野外台站。2024年，在滇东南热带山地森林生态系统云南省野外科学观测研究站支撑下，云南大围山国家级自然保护区管护局申报的“云南滇东南森林生态系统定位观测站”获国家林业和草原局批复建设，申请建设经费2162万元，这将显著提升滇东南站野外观测的设施设备和能力水平，是昆明植物所野外台站建设取得的重大进展。丽江站和高黎贡山/独龙江站2024年入选国家生态质量综合监测站名单。近2年，在云南省科学技术厅组织的考核中，丽江森林生态系统云南省野外科学观测研究站和高黎贡山森林生态系统云南省野外科学观测研究站获得优秀，迪庆白马雪山高山冰缘生态系统云南省野外科学观测研究站和红河农林复合生态系统云南省野外观测研究站获评良好，正式成为云南省野外科学观测研究站并获得运行经费支持。在财政部改善科研条件专项的支持下，野外台站基础设施和科研仪器设备条件得到明显提升，在红河县完成土地征用19.3亩，在贡山县独龙江乡完成土地征用4.6亩，通过近五年的持续建设，已形成具有研究所特色的全面支撑学科建设的野外台站体系。2024年，昆明植物所五个野外台站共计收集观测数据700余万条，接待到访人员1800人次，开展科普活动66次，依托野外台站发表论文37篇，在建设和运行方面取得显著成效，成为在观测、试验、研究和示范方面具有鲜明特色和影响力的综合型科技支撑平台。