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植物次生代謝產(chǎn)物是指植物體內(nèi)普遍存在的生物代謝非必須的小分子化合物，具有重要的經(jīng)濟和藥用價值。次生代謝產(chǎn)物是鏈接植物科學各分支和化學交叉學科的關(guān)鍵所在，是深入探討植物系統(tǒng)發(fā)育的重要的化學證據(jù)。利用次生代謝產(chǎn)物的特征及分布規(guī)律來探討植物多樣性的起源、演化與適應(yīng)機制，或是利用植物系統(tǒng)發(fā)育來探討次生代謝產(chǎn)物在植物進化歷程中形成和分布規(guī)律，是植物化學同植物系統(tǒng)學學科交叉新產(chǎn)生的進化生物學或化學生物學的前沿研究領(lǐng)域。 

　　中科院昆明植物所青藏高原－喜馬拉雅植物多樣性形成與演變團隊聯(lián)合植物化學生物學團隊、重要類群植物化學及功能研究團隊、天然藥物新藥研發(fā)團隊、活性天然產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)與生物合成團隊，以及中科院武漢植物園、美國密蘇里植物園（Missouri Botanical Garden）、康奈爾大學（Cornell University）、歐柏林大學（Oberlin College）等研究了生物堿類、黃酮類、萜類、單寧類、酚酸類、醌類、甾體類、苯丙素類等八大次生代謝產(chǎn)物在種子植物生命之樹（Tree of Life）中的分布特征及演化規(guī)律。結(jié)果表明：1）種子植物437個科中，至少308個科有過植物化學成分研究報道。黃酮類和生物堿類是種子植物中占主導地位的代表性次生代謝產(chǎn)物，其它次生代謝產(chǎn)物在種子植物大的進化支系中的分布沒有發(fā)現(xiàn)顯著的規(guī)律，如萜類主要分布在裸子植物和菊支植物中，單寧類主要分布在薔薇支植物中，而苯丙素類、醌類、酚酸類和甾體類在種子植物中呈現(xiàn)出隨機分布特征；2）次生代謝產(chǎn)物在生命之樹中的系統(tǒng)發(fā)育信號普遍不高，趨于隨機分布，該結(jié)果表明除了固有的遺傳因素外，多次起源（包括趨同進化）、生物之間相互作用以及環(huán)境是導致次生代謝產(chǎn)物復雜多樣和近隨機分布的重要原因；3）八類次生代謝產(chǎn)物中，除甾體類以外，其他七類均在生命之樹的不同支系上呈現(xiàn)了一定的系統(tǒng)發(fā)育信號或分布規(guī)律，除了可為系統(tǒng)發(fā)育提供化學證據(jù)外，對尋找或發(fā)現(xiàn)特定化合物有著重要潛力和應(yīng)用前景；4）從起源上看，大多數(shù)次生代謝產(chǎn)物在種子植物的祖先類群中便已出現(xiàn)，并隨著植物的進化而急劇多樣化，如黃酮類、苯丙素類等在植物登陸時就已出現(xiàn)，為植物適應(yīng)陸地環(huán)境奠定了化學基礎(chǔ)，但其多樣性主要還是在被子植物的進化歷程中適應(yīng)環(huán)境、防御掠食者和病原體、或為化感劑、或作為傳粉和果實擴散的誘導成分等過程中不斷豐富和多樣化的；特別是在白堊紀以后，次生代謝產(chǎn)物的多樣性與昆蟲、哺乳動物和鳥類多樣化過程具有緊密關(guān)系，如柱頭的出現(xiàn)以及芳香萜由利己素到利它素的轉(zhuǎn)變，是促使食植性昆蟲轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞣劾ハx的重要原因。因此，研究從時間線上探究次生代謝產(chǎn)物的起源、分布及進化規(guī)律，為我們呈現(xiàn)出一幅從植物次生代謝產(chǎn)物角度編繪的，從適應(yīng)到輻射發(fā)展，再到多樣化以及相互制約、協(xié)同進化的爭相斗艷的生命畫卷。 

　　該研究結(jié)果以“Phylogenetic patterns suggest frequent multiple origins of secondary metabolites across the seed plant “tree of life”為題發(fā)表在National Science Review雜志上。該研究得到了國家自然科學基金重大項目（31590823）、國家重點研發(fā)計劃（2017YFC0505200）和中國科學院先導A項目（XDA 20050203）的資助。 

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圖1 八類次生代謝產(chǎn)物在種子植物生命之樹上的分布 

圖2 次生代謝產(chǎn)物與動植物之間的協(xié)同多樣化