科學(xué)家從頭異源合成中藥防風(fēng)的主要活性成分
近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心)研究員王麗課題組聯(lián)合北京大學(xué)藥學(xué)院教授葉敏團(tuán)隊(duì)在《自然—通訊》上發(fā)表研究論文。該研究解析了藥用植物防風(fēng)中一種重要的呋喃色原酮的生物合成途徑,在本氏煙草中實(shí)現(xiàn)了升麻素苷和5-O-甲基維斯阿米醇苷的從頭異源合成,并闡釋了防風(fēng)中呋喃色原酮含量遠(yuǎn)高于其他多種傘形科植物的原因。該研究為呋喃色原酮的代謝工程的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)鋪平了道路,并揭示了傘形科植物中呋喃色原酮生物合成途徑的進(jìn)化機(jī)制。
呋喃色原酮(Furochromones)是一類重要的活性天然產(chǎn)物,具有抗炎、抗病毒、保肝、抗癌等多種藥理活性。升麻素苷和5-O-甲基維斯阿米醇苷是兩種代表性呋喃色原酮,也是中藥防風(fēng)(Saposhnikovia divaricata)的主要活性成分。盡管呋喃色原酮的藥理活性已被廣泛研究,其生物合成研究尚不深入,呋喃色原酮生物合成途徑中呋喃環(huán)的形成以及豐富的甲基化、糖基化、羥基化取代等合成途徑未見研究。
研究挖掘并驗(yàn)證了防風(fēng)的色原酮合成酶(SdPCS)、異戊烯基轉(zhuǎn)移酶(SdPT)、前胡寧環(huán)化酶(SdPC)、氧甲基轉(zhuǎn)移酶、羥化酶、糖基轉(zhuǎn)移酶等,從頭解析了升麻素苷和5-O-甲基維斯阿米醇苷的生物合成通路,并在煙草體系中實(shí)現(xiàn)了這兩種物質(zhì)的從頭合成,合成效率分別為3.82 μg/g和17.48 μg/g。
另外,研究發(fā)現(xiàn)色原酮類物質(zhì)在防風(fēng)中的含量遠(yuǎn)高于其他傘形科物種。研究推斷,呋喃色原酮骨架形成階段的關(guān)鍵催化酶基因?qū)τ诜里L(fēng)中呋喃色原酮的富集起著決定作用。這種酶在防風(fēng)中特異性存在,而其他傘形科植物缺少該基因的直系同源基因,同時與該基因?qū)儆谙嗤到y(tǒng)發(fā)育分支的其他近緣基因也無法催化形成特征呋喃環(huán),這導(dǎo)致其他傘形科物種無法完成前胡寧的環(huán)化步驟。這些證據(jù)詮釋了防風(fēng)中大量積累呋喃色原酮的遺傳機(jī)制。
葉敏、王麗為論文共同通訊作者。北京大學(xué)研究生鄒建霖、李鴻曄和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心)博士后聶寶為論文共同第一作者。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-025-58498-8
來源:中國科學(xué)報(bào)


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