稻壳素(momilactone)是一种具有生物活性的二萜类化合物,在植物病原体防御和化感中发挥重要作用,最早在稻壳中发现。绝大部分植物暂未有稻壳素研究报道,只有部分禾本科植物与非维管束苔藓植物大灰藓(Insomniella plumaeforme原拉丁名Hypnum plumaeforme)能分泌稻壳素,其中栽培水稻、野生稻和稗草基因组中都含有稻壳素生物合成基因簇。大灰藓与禾本科植物属于完全不同的植物学分类,便在进化上引出了稻壳素起源的问题。为进一步探究大灰藓基因组中稻壳素生物合成基因的分子结构及不同物种中稻壳素生物合成基因的进化关系,我们对基部植物大灰藓基因组进行测序、组装和注释,同时测定了稗草合成稻壳素的能力,并进行植物基因组稻壳素基因簇的大规模分析。获得如下主要结果:(1)大灰藓基因组中存在一个150 Kb大小的区域,该区域内包含串联排列的两个细胞色素P450基因,Ip DTC1/Hp DTC1基因和稻壳素A合酶(MAS)基因。酶功能预测和应激性诱导实验证明了这些成簇基因是负责大灰藓稻壳素生物合成的功能性基因簇;(2)稻田稗草可在稻瘟病菌诱导下合成稻壳素;(3)对已测序植物大范围调查发现,只有两类禾本科植物(稻属和稗属)和大灰藓中存在稻壳素生物合成基因簇,并且这些基因簇之间没有共线关系。这些结果表明,大灰藓、水稻和稗草稻壳素基因簇功能相近,可能是趋同进化的结果。本研究首次报道了苔藓植物防御性代谢产物生物合成基因簇,这对于探究次生代谢产物基因簇的进化起源具有一定参考价值。