本草基因組學(xué)研究院團隊在《自然-通訊》發(fā)表中藥成分綠色合成論文
成都中醫(yī)藥大學(xué)首席教授陳士林團隊利用質(zhì)譜成像技術(shù)將中藥活性成分的生物合成研究提升到空間組學(xué)水平，從而在娑羅子藥效成分生物合成機制和綠色合成研究領(lǐng)域獲得突破。相關(guān)研究成果以“Characterization of the horse chestnut genome reveals the evolution of aescin and aesculin biosynthesis”為題，于2023年10月13日在線發(fā)表于《自然-通訊》(Nature Communications)雜志（中科院一區(qū)，TOP期刊）。陳士林教授為共同通信作者。我校在2022年組織發(fā)布了千種本草基因組研究計劃，在《創(chuàng)新》（The Innovation）、《自然-植物》（Nature Plants）、《分子植物》（Molecular Plant）、《自然-通訊》(Nature Communications)等國際著名刊物發(fā)表了一系列草藥基因組學(xué)研究成果，極大推動了學(xué)術(shù)界從分子遺傳學(xué)層面理解中草藥中有效成分的合成、轉(zhuǎn)運、積累和調(diào)控，助力天然產(chǎn)物藥物的綠色生物合成以及高含量藥效成分品種的精準選育。
現(xiàn)代植物化學(xué)和藥理學(xué)研究證明，草藥中特異性積累的有效成分是其發(fā)揮藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)，七葉樹屬植物是一種溫帶北半球的多年生木本植物，該屬植物所含藥用活性成分為七葉皂甙和七葉素。七葉皂苷（玉蕊醇型三萜皂苷）制劑已經(jīng)在臨床中以口服、靜脈注射和局部涂抹的方式廣泛使用，用于治療慢性靜脈功能不全、水腫和痔瘡等疾病。七葉素（香豆素類成分），也被稱為6,7-二羥基香豆素-6-O-葡萄糖苷，與地高辛一起被廣泛用作常見的眼藥水七葉洋地黃雙苷滴眼液的原料，以緩解眼疲勞、眼痛和干眼等癥狀。然而，目前對于這兩種有效成分的合成、調(diào)控和轉(zhuǎn)運機制的分子遺傳學(xué)研究還相對薄弱。
本項研究通過空間代謝組揭示七葉皂苷在娑羅子的子葉中特異性積累；解析了中華七葉樹（Aesculus chinensis）高質(zhì)量基因組；七葉樹系統(tǒng)進化研究發(fā)現(xiàn)與文冠果（Xanthoceras sorbifolium）的分化時間為32.5百萬年前（MYA），通過共線性及同源基因的同義替換率鑒定到七葉樹屬特有的全基因組復(fù)制時間（WGD-Aα, 30.8MYA）。通過代謝基因簇注釋及三萜環(huán)化酶OSC基因篩選，研究發(fā)現(xiàn)其基因組存在兩個可能參與玉蕊醇型三萜皂苷合成相關(guān)的基因簇，由七葉樹獨特的WGD-Aα事件復(fù)制而來。通過代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及合成生物學(xué)技術(shù)等方法，成功地解析七葉皂苷的生物合成途徑中關(guān)鍵的環(huán)化(AtOSC6)、氧化(AcCYP716A278和AcCYP716A275)、?；?AtBAHD3和AtBAHD6)和葡萄糖醛酸化(AtCSL1)等催化步驟。通過全被子植物基因組層面共線性研究發(fā)現(xiàn)該類三萜代謝基因簇的招募和進化，更好地理解了玉蕊醇型三萜類化合物在無患子目植物中的形成機制。針對七葉素的合成途徑，研究團隊根據(jù)關(guān)鍵基因在基因組中存在的拷貝數(shù)目及表達模式，篩選和驗證了合成過程中AtF6'H、At4CL和AtUGT基因的功能，并在大腸桿菌中重建了七葉素的生物合成途徑并完成了七葉素的綠色合成。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42253-y