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我院学者在《Advanced Science》发表防己科苄基异喹啉生物碱结构多样性形成机制研究成果

来源: 发布时间:2024-03-18 09:10:00 浏览次数: 【字体:

我校学者与多家机构合作,在防己科苄基异喹啉生物碱结构多样性形成机制研究领域取得进展,相关成果以“Lineage-specific CYP80 Expansion and Benzylisoquinoline Alkaloid Diversity in Early-diverging Eudicots(基部双子叶植物苄基异喹啉类生物碱结构多样性形成机制)”为题,于2024年3月。。。13日发表于国际知名期刊《Advanced Science》(中科院一区,TOP期刊) 。我校首席教授陈士林院士为该论文的共同通讯作者。我校自2022年组织发布了千种本草基因组研究计划,并已在《创新》(The Innovation)、《自然-植物》(Nature Plants)、《分子植物》(Molecular Plant)、《自然-通讯》(Nature Communications)等国际著名刊物发表了一系列本草基因组学研究成果。本文基于本草基因组学研究策略,报道了催化青藤碱等苄基异喹啉生物碱(Benzylisoquinoline Alkaloid, BIAs)生物合成骨架形成的新颖酶,发现种系特异的CYP80基因扩张及新功能化驱动了防己科物种苄基异喹啉生物碱(Benzylisoquinoline Alkaloid, BIAs)结构多样性,为BIAs药用活性物质的绿色合成及药物开发提供支撑。

BIAs结构类型多样,药用价值高,如镇痛药物吗啡因、抗菌药物小檗碱等,广泛分布在双子叶植物的早期分化类群及木兰类中。近年来,陈士林院士团队相继完成毛茛科黄连(Liu et al., Nature Communications, 2021)、罂粟科毛黄堇(Xu et al., Plant Journal, 2022)、防己科千金藤属(Leng et al., Nature Communications, 2024)等物种中BIAs的代谢合成、起源进化及抗病毒活性等研究。然而,多数BIAs结构多样性形成及修饰的关键酶仍然未知,如防己科物种积累的双苄基异喹啉(千金藤素,抗病毒)、吗啡烷类(青藤碱,抗风湿)等,其结构多样性形成及进化的分子机制尚不明确。

研究团队以防己科中药北豆根(Menispermum dauricum)为研究对象,破译其高质量基因组,追溯其物种进化、全基因组复制事件及染色体进化历程,提出“北豆根基因组可作为研究双子叶植物进化的理想模型”; 研究人员进一步通过代谢组追踪了北豆根不同部位BIAs的结构类型差异;通过比较基因组发现防己科物种CYP80基因的显著扩张,该基因家族扩张及组织特异性表达驱动了BIAs不同结构类型的多样性。重要的是,创新性发现了催化牛心果碱发生C2'-C4a酚耦合反应生成清风藤碱(多花罂粟碱的对映异构体)的新颖酶MdCYP80G10,该酶具有严格的立体选择性,特异性识别(S)型牛心果碱。本研究为“基因组进化驱动植物代谢多样性形成”理论提供新的范例。


原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202309990