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紫錐菊?? 付饒攝

紫錐菊是一種原產(chǎn)于北美洲的藥用植物，最初被北美大平原地區(qū)的印第安人用來治療蛇咬傷、咳嗽和感冒等。在歐洲人踏上新大陸之前，紫錐菊已經(jīng)有了四百多年的藥用歷史，后來引入歐洲并沿用至今。目前，紫錐菊已成為歐美地區(qū)使用最為廣泛的藥用植物之一?，F(xiàn)代科學研究結果表明紫錐菊具有免疫調(diào)節(jié)作用，能夠縮短感冒周期。2019年紫錐菊在美國主流市場銷量達1.2億美元，在2020上半年銷量更是激增，全年銷量有望突破2億美元。

菊苣酸是紫錐菊的主要成分，含量最高達干重的4%。盡管近年來多項研究發(fā)現(xiàn)菊苣酸具多種生物活性，如抑制HIV整合酶、抗炎、抗氧化、抗病毒、抑制肥胖、抗腫瘤等，然而，其生物合成途徑一直不清楚。

3月10日，四川大學生命科學學院研究員張陽團隊在《自然—通訊》在線發(fā)表了研究論文，完整解析了紫錐菊中主要活性成分—菊苣酸的生物合成途徑。

為了探究菊苣酸的生物合成途徑，為后續(xù)合成生物學等研究奠定基礎，該團隊研究人員結合傳統(tǒng)生物化學方法及現(xiàn)代植物分子生物學研究手段，首先成功建立了體外酶反應體系，通過酶的分離和純化，結合蛋白質(zhì)譜，篩選了候選結構基因。其次，通過分子克隆，異源表達，體外酶活驗證，體內(nèi)過表達及沉默驗證等方式，對候選基因功能進行了確認，在此過程中對酶的相關性質(zhì)進行了研究。最后，成功解析了紫錐菊中菊苣酸的生物合成途徑，并在煙草中成功實現(xiàn)了異源構建。

菊苣酸的生物合成涉及了植物中已知的兩大家族?；D移酶BAHD和SCPL。在胞質(zhì)中，兩個BAHD家族成員EpHTT和EpHQT分別催化咖啡酰輔酶A和酒石酸及奎寧酸反應生成咖啡酰酒石酸及綠原酸，兩個產(chǎn)物進入液泡中后，被SCPL家族成員EpCAS催化，生成菊苣酸和奎寧酸。已經(jīng)鑒定功能的SCPL類酰基轉移酶主要采用1-O-β-葡萄糖苷作為?；w，而EpCAS酰基供體變?yōu)榱司G原酸，這一發(fā)現(xiàn)改變了對于SCPL家族?；D移酶的認知。與此同時，通過與部分已知能夠合成菊苣酸的物種比較，研究人員發(fā)現(xiàn)這個新鑒定的菊苣酸合成途徑是在紫錐菊中特有的，這表明菊苣酸合成途徑在不同物種中可能產(chǎn)生了趨同進化。

該研究是藥用植物研究領域的重要進展，為藥用成分生物合成途徑解析提供了新的研究思路。三位審稿人對本工作都給予較高評價。其中有審稿人特別指出：“該研究表明，相對于當前依賴于基因組解析和共表達分析的常規(guī)思路，扎實的生化和酶研究技術仍然是在非模式植物中發(fā)現(xiàn)原創(chuàng)性化合物合成途徑的最重要方式?！?/p>

四川大學生命科學學院副研究員付饒和博士研究生張評瑜為該論文的共同第一作者，張陽研究員為通訊作者。四川大學教授戚世乾、副教授曹洋，以及英國約翰英納斯中心教授Cathie Martin參與了部分工作。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-21853-6



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