蛇足石杉 (Huperzia serrata) 作为蕨类中石松类石松科石杉属的一个物种，是迄今报道含有包括石杉碱甲 (Huperzine A) 等重要石松类生物碱最丰富的药用植物，俗称千层塔，在中药使用中有悠久的历史。石松科的植物资源丰富，全球分布约有500个物种，富含200多种四类具有多样生物活性的石松类生物碱，但是得到生物合成途径解析的该类生物碱还鲜有报道。以当今临床使用的具有预防治疗阿兹海默症的重要生物碱石杉碱甲为目标化合物，中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所肖友利课题组在前期前端合成途径的解析基础上(Xu et al., Phytochemistry, 2017)，开展了针对富含该化合物的蛇足石杉植物的全组织转录组分析，基于化合物分子骨架形成和后修饰的化学原理，结合不同组织的代谢组学和定量转录水平进行了系统分析，提出了相关生物合成途径所需的关键功能基因。该部分工作以Global transcriptome analysis of Huperzia serrata and identification of critical genes involved in the biosynthesis of huperzine A 为题于3月22日在线发表在BMC Genomics 期刊上。

该研究对蛇足石杉的不同组织 (根、茎、叶和孢子) 进行了全面的转录组分析，对参与石杉碱甲生物合成途径中的五类功能基因进行了验证和预测，得到了已被生化验证功能的赖氨酸脱羧酶 (LDC)、铜胺氧化酶(CAO) 和三型聚酮合酶 (PKS) 的各类多个全长基因。在此基础上，基于化合物形成和修饰的化学原理认识，进一步解析了石松类生物碱骨架形成和修饰相关的关键功能基因小檗碱桥酶 (Berberine bridge enzyme (BBE))以及开环马钱子苷合酶 (secologanin synthase (SLS))等细胞色素单加氧酶。该研究在丰富蛇足石杉功能基因组数据库的同时，对石杉碱甲生物合成途径解析提供了可靠的数据支持，为全面解析石杉碱甲的生物合成途径开辟了道路。

该研究工作主要由研究组杨盟权等合作分析完成，得到上海市科委、CAS-JIC联合研究中心、国家青年千人计划和国家自然科学基金等经费的资助。同时得到植生生态所李轩和朱木兰在生信分析和植物样本采集鉴定方面的帮助。

上海生科院解析蛇足石杉中参与石杉碱甲合成的关键基因