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

　　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、天然藥物新藥研發團隊、活性天然產物發現與生物合成團隊，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物在種子植物生命之樹（Tree of Life）中的分布特征及演化規律。結果表明：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物，其它次生代謝產物在種子植物大的進化支系中的分布沒有發現顯著的規律，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出隨機分布特征；2）次生代謝產物在生命之樹中的系統發育信號普遍不高，趨于隨機分布，該結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境是導致次生代謝產物復雜多樣和近隨機分布的重要原因；3）八類次生代謝產物中，除甾體類以外，其他七類均在生命之樹的不同支系上呈現了一定的系統發育信號或分布規律，除了可為系統發育提供化學證據外，對尋找或發現特定化合物有著重要潛力和應用前景；4）從起源上看，大多數次生代謝產物在種子植物的祖先類群中便已出現，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，為植物適應陸地環境奠定了化學基礎，但其多樣性主要還是在被子植物的進化歷程中適應環境、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系，如柱頭的出現以及芳香萜由利己素到利它素的轉變，是促使食植性昆蟲轉變為傳粉昆蟲的重要原因。因此，研究從時間線上探究次生代謝產物的起源、分布及進化規律，為我們呈現出一幅從植物次生代謝產物角度編繪的，從適應到輻射發展，再到多樣化以及相互制約、協同進化的爭相斗艷的生命畫卷。 

　　該研究結果以“Phylogenetic patterns suggest frequent multiple origins of secondary metabolites across the seed plant “tree of life”為題發表在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）、國家重點研發計劃（2017YFC0505200）和中國科學院先導A項目（XDA 20050203）的資助。 

　　文章鏈接 

圖1 八類次生代謝產物在種子植物生命之樹上的分布 

圖2 次生代謝產物與動植物之間的協同多樣化