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。

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

（供稿：中医药创新研究院/交叉学科研究院 本草基因组学团队）