罂粟，常被称之为“恶之花”，外表虽明艳动人，却能滋生瘾患。
然而，它也是缓解人类疾病痛苦的良药。早在新石器时代，阿尔卑斯山脚下的洞穴中就发现了使用罂粟痕迹；唐朝时期，罂粟由大食（阿拉伯帝国）进贡传入中国。《本草求原》就曾这样记载罂粟的良效，“性同于粟壳，而止痢止痛行气之效尤胜”。事实上，从罂粟中提取的吗啡类生物碱是强有力的止疼剂，除具有止疼药效外，罂粟中的那可丁成分，还具有显著止咳以及抗癌的功效。
遗憾的是，人们对罂粟的药用价值一直没有系统、全面的认识，因而不能将其物尽其用，反而使之成为荼毒百姓生活的“杀手”。因此，破解罂粟基因组是当今科学界亟待破解的世界难题。由于罂粟的基因组存在大量（约70%）的重复序列，且经历了多次大规模的结构变异，使得解析该基因组异常困难。
交大教授团队破解世界难题，成果发表于《科学》杂志
来自西安交通大学的叶凯教授团队，以英国本土罂粟植物为对象，利用多种前沿基因组测序技术、复杂数学模型、深度挖掘及分析方法，成功破译罂粟基因组并揭示其进化历史，首次在国际上完成了罂粟全基因组测序及高质量组装分析。
8月30日，最新一期《科学》杂志发表了由叶凯教授课题组、英国约克大学伊恩·格拉汉姆院士团队、英国惠康基金桑格研究所宁泽民研究员共同合作，题为《鸦片罂粟基因组及吗啡喃的合成》的学术论文，在国际上首次公布鸦片罂粟的高质量全基因组序列，揭示其进化历史上主要加倍和重排事件，阐明吗啡类生物碱、合成基因簇的进化历史，为进一步开发鸦片罂粟的药用价值和揭示罂粟科乃至早期双子叶植物的进化历史奠定了重要基础。
其中，叶凯青年科学家工作室郭立副教授与杨晓飞讲师为本文共同第一作者，叶凯教授为共同通讯作者，西安交通大学为第一作者单位，该工作从接收到在线发表仅隔8天。
8月31日，《科技日报》头版报眼以“鸦片罂粟封存亿万年基因密码破译”为题，报道《科学》杂志最新发表西安交通大学主导的国际合作研究成果。
让植物满足医疗所需，使物种造福于人类
叶凯教授团队研究显示，罂粟基因组在距今780万年发生了一次全基因组加倍事件，在距今至少1.1亿年发生基因组片段加倍事件。此外，研究首次发现罂粟合成止咳那可丁和镇痛吗啡类生物碱的15个基因在11号染色体上形成超级基因簇，该基因簇在根、茎部特异表达且共表达。
图例 罂粟基因组特征及主要进化事件
正是由于罂粟在进化过程中经历基因组加倍事件和多次基因片段扩增、丢失、融合和重排等，造成了两种代谢通路基因的聚集和共表达，形成了超级基因簇，从而能够协同高效合成新的次生代谢物，而罂粟中最具药效的吗啡类生物碱和那可丁成分均属于罂粟的次生代谢产物。
叶凯教授团队公布罂粟全基因组序列，破译罂粟中合成次生代谢产物的奥秘，不仅对开发分子植物育种工具，培育新品种大有裨益，更对工业生产中选择性提高具有不同药效的生物碱产量具有重大指导意义。“本项目的研究宗旨与定位即，让植物满足医疗所需，使物种造福于人类。”叶凯教授笃定道。
归国教授，从生物学跨界信息学
叶凯，西安交通大学电子与信息工程学院教授，作为主要成员参与了国际千人基因组计划、美国肿瘤基因组路线图等国际重大科学项目。
硕士期间，叶凯一直专注于生物学领域研究，赴欧洲莱顿大学读博后，第一次进入生物信息学领域。从那之后，一个纯生物学学生坚定地踏进交叉学科实验室，把生物学过程抽象成信息学编码，而“基因变异”“二代测序”“算法设计”“生物大数据”“精准医疗”也成为伴随他未来交叉研究的关键词。
2016年初，在海外学习工作12载的叶凯毅然选择回到祖国。为打破学科壁垒、形成有利于开展综合交叉研究的工作氛围，2015年，西安交大开始探索“科学家工作室”模式，2016年4月，成立了叶凯教授领衔的第一个青年科学家工作室。在学校双一流学科建设项目的支持下，工作室积极组建跨学科研究团队，开展生物信息学和基因组学的前沿交叉研究。
成功秘诀在于实现跨学科与国际化合作
叶凯教授团队的“罂粟基因组”项目研究历时两年多，从2015年底开始筹划设计，2017年6月拿到所有数据，到2018年2月正式完稿，团队采集数据后仅8个月就高效完成了这项极具难度的研究分析过程。
团队所在的电信学院智能网络与网络安全教育部重点实验室包含信息领域的4个一级学科、数学、生物信息学、法学等学科，是典型的交叉学科实验室。团队充分利用实验室的交叉学科研究条件与环境，并与西安交大第一附属医院研究团队密切合作。目前，团队规模不大，但成员的学科背景丰富多样，涵盖了多个学科领域，再加上国际间的通力合作，最终，在短时间内取得了重大成果。
叶凯教授团队取得此次成果，体现了西安交通大学“双一流”建设布局的前瞻性，以及鼓励交叉学科发展、培养交叉学科人才的明智决策。多年来，西安交大积极实行开放包容的人才政策，通过一系列引进和培养计划，为青年教师搭建成长的完整阶梯。当前，叶凯教授团队将继续砥砺前行，在学科交叉的广阔天地中，加强国际化交流合作，探索发现新知，不断织就报国为民的伟大梦想。
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