白芷中欧前胡素与异欧前胡素的生物合成研究新进展

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白当归（ ）是伞形科（当归属）多年生高大草本植物。其干燥根是一种传统中药材，具有祛病、除湿、活血止痛的功效。其中欧前胡素和异欧前胡素是主要活性成分。其药理作用已被深入研究，但其生物合成的报道较少。

近日，中国药科大学赵玉成/卞晓红/夏远征研究团队在《作物与》杂志上发表了题为“三-/-为”的研究论文。该研究通过公开转录组挖掘、生物信息学分析和体外功能验证进行。该方法成功克隆并表征了其生物合成过程中的关键酶异戊烯基转移酶，为香豆素的异戊烯化修饰提供了新的见解。

研究小组首先根据欧前胡素和异欧前胡素的化学结构分析推测了它们在植物中的生物合成途径（图1）。然后，基于白芷转录组分析，通过NCBI、等在线软件分析，成功筛选出功能注释为异戊烯基转移酶的候选序列，并构建成原核表达载体进行异源表达。相和质谱证实成功筛选出两种异戊二烯基转移酶。一种识别底物伞形酮，生成去甲基软木黄木精（C-异戊二烯化），另一种识别底物黄木精。产生欧前胡素（O-异戊二烯化）（图 2）。

图 1 欧前胡素和异欧前胡素的推测生物合成途径。

图2 转录组分析及体外功能验证

通过收集目前已报道的不同科属的异戊二烯基转移酶序列，我们进行了进化树分析，发现不同科的PT都共同聚合到各自的科中。本研究筛选的三个序列均位于该家族C-PT分支的伞状体中（图3）。

图3 进化树分析

为了更好地了解白芷中异戊二烯基转移酶可能的催化机制，作者预测了白芷中的蛋白质结构，利用分子对接，并结合定点突变实验，证明了镁离子和天冬氨酸富集区在白芷中发挥作用。催化。关键作用。富含天冬氨酸的区域中氨基酸残基D305、D301、D173和D169的支链末端羧基的氧处于带负电状态，吸引带正电的镁离子。同时，DMAPP末端还利用焦磷酸基团在静电相互作用下接近镁离子。在天冬氨酸支链羧酸、DMAPP焦磷酸和镁离子的共同作用下，天冬氨酸通过镁离子介导的静电相互作用吸引并固定DMAPP，促进催化反应的发生（图4、图5）。

图 4. 白芷中异戊二烯基转移酶的结构预测。

图5 分子对接及定点突变示意图

中国药科大学硕士生韩亮亮和张立波为本文的共同第一作者。中国药科大学赵玉成副教授/卞晓红/夏远征为本文的通讯作者。中国药科大学为该文章的第一作者和第一通讯作者。 。该项目得到国家自然科学基金委和中央重大增减支出项目“珍贵中药资源可持续利用能力建设工程”的资助。