Houttuynia cordata, allgemein bekannt als Yuxingcao, ist seit Jahrhunderten ein wichtiger Bestandteil der traditionellen Medizin und wird wegen seiner antibiotikaähnlichen Eigenschaften und seiner Fähigkeit zur Behandlung verschiedener Krankheiten geschätzt. Trotz seiner langjährigen Verwendung sind die genetischen Mechanismen, die seinen medizinischen Verbindungen zugrunde liegen, noch weitgehend unerforscht. Diese Wissenslücke hat die volle Ausschöpfung seines therapeutischen Potenzials behindert und einen dringenden Bedarf geschaffen, die Genomik von H. cordata zu untersuchen, um die Biosynthesewege seiner Alkaloide zu verstehen und die Evolutionsgeschichte der Pflanze aufzudecken.
Forscher der Hunan Agricultural University haben mit der Sequenzierung des dekaploiden Houttuynia cordata-Genoms Fortschritte in der botanischen Genomik gemacht. Veröffentlicht im Tagebuch GartenbauforschungIhre Arbeit beschreibt nicht nur den genetischen Bauplan der Pflanze, sondern zeichnet auch ihre evolutionäre Reise und die komplexe Synthese von Alkaloiden nach und bietet neue Einblicke in die medizinischen Eigenschaften dieser einzigartigen Pflanze.
In dieser Studie gelang es dem Team, das erste Referenzgenom der dekaploiden Houttuynia cordata im Chromosomenmaßstab erfolgreich zu konstruieren und damit eine genomische Schatzgrube freizulegen. Das 2,63-GB-Genom besteht aus 1.348 Contigs mit einem Contig-N50 von 21,94 MB, organisiert in 88 Pseudochromosomen. Dieser Erfolg ist angesichts der Herausforderungen, die polyploide Genomassemblierungen mit sich bringen, besonders bedeutsam.
Die Analyse deckte zwei große Ereignisse der Vervielfältigung des gesamten Genoms (WGD) in der Geschichte der Pflanze auf – vor etwa 17 Millionen und vor 3,3 Millionen Jahren. Es wird angenommen, dass diese Duplikationen zur Anpassungsfähigkeit der Pflanze und zum Reichtum ihrer Heilstoffe beigetragen haben.
Darüber hinaus verdeutlichte die Transkriptomsequenzierung des Teams in verschiedenen Geweben die Erweiterung wichtiger Genfamilien, die an der Biosynthese von Isochinolin- und Indolalkaloiden beteiligt sind – Verbindungen, die für ihre pharmakologischen Eigenschaften bekannt sind. Dieser genetische Einblick in die Biosynthesewege von H. cordata bietet eine wertvolle Grundlage für zukünftige Forschungen zur Verbesserung der medizinischen Wirksamkeit der Pflanze.
„Diese Studie stellt einen Meilenstein im Verständnis der genetischen Komplexität von Houttuynia cordata dar“, sagten die Forscher. „Es enthüllt nicht nur die Evolutionsgeschichte der Pflanze, sondern öffnet auch neue Türen für die gezielte Verbesserung ihrer medizinischen Verbindungen. Die Genomassemblierung ist eine unschätzbare Ressource für zukünftige Züchtungsstrategien und die genetische Verbesserung dieser wertvollen Art.“
Die Implikationen dieser Forschung gehen weit über den Bereich botanischer Studien hinaus. Die generierten Genomdaten könnten als entscheidende Ressource für die Entwicklung neuer Arzneimittel dienen. Durch die Verbesserung der pharmakologischen Eigenschaften von H. cordata birgt diese Forschung das Potenzial, seinen Einsatz bei der Behandlung von Atemwegserkrankungen, Infektionen und anderen Beschwerden zu verbessern. Darüber hinaus ebnet es den Weg für gentechnische Ansätze, die darauf abzielen, die Konzentration bioaktiver Verbindungen in der Pflanze zu erhöhen und so deren Relevanz in der modernen Medizin zu stärken.
Weitere Informationen:
Peng Huang et al.: Eine Genomassemblierung der dekaploiden Houttuynia cordata bietet Einblicke in die Evolution von Houttuynia und die Biosynthese von Alkaloiden. Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae203