苔藓是植物由水生向陆生、低等向高等演化的重要过渡(先锋)类群,合成丰富的次级代谢产物。苔类植物是最早产生黄酮的植物,虽然高等植物黄酮生物合成途径已经研究清楚,但是在苔类植物中尚无该方面的研究。我们对6种苔类植物进行了转录组测序,从中克隆鉴定了苯丙氨酸裂解酶(L-phenylalanine ammonia-lyase,PAL)、桂皮酸-4羟化酶(cinnamic acid 4-hydroxylase,C4H)、4-羟基肉桂酰辅酶A连接酶(p-coumarate CoA ligase,4CL)、查尔酮合酶(chalcone synthase,CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)、黄酮合酶(flavone synthase,FNS)和黄酮甲氧基转移酶(flavonoid O-methyltransferase,FOMT)等关键酶,系统解析了苔类植物黄酮类化合物生物合成途径。发现苯丙氨酸裂解酶、桂皮酸-4羟化酶、4-羟基肉桂酰辅酶A连接酶和查尔酮合酶与高等植物中的酶序列保守,功能类似。首次发现苔类植物含有以前认为仅存在于豆科植物的黄酮生物合成途径,包括Ⅱ型查尔酮异构酶和查尔酮还原酶。提出植物黄酮生物合成途径的演化起源过程中,Ⅱ型CHI基因出现早,高等植物通过基因复制产生Ⅰ型CHI基因,而且丢失了Ⅱ型CHI基因,只有豆科植物同时保留Ⅰ型和Ⅱ型CHI基因。首次证明苔类植物的Ⅰ型黄酮合酶(FNSI)有脱氢和羟基化的双功能。对苔类植物黄酮甲氧基转移酶的研究发现甲氧基转移酶具有底物广谱性,可作为工具酶实现黄酮类化合物特定位置羟基上的甲氧基化。