1月21日，我校北京中醫(yī)藥研究院中藥現(xiàn)代研究中心劉曉研究員、史社坡研究員、李軍研究員團(tuán)隊(duì)圍繞瀕危中藥肉蓯蓉藥效物質(zhì)生物合成方向的研究論文 Complete pathway elucidation of echinacoside in Cistanche tubulosa and de novo biosynthesis of phenylethanoid glycosides 在Nature雜志子刊、自然指數(shù)期刊 Nature Communications 發(fā)表。文章首次報(bào)道了管花肉蓯蓉中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的苯乙醇苷類成分—松果菊苷的全生物合成途徑，并實(shí)現(xiàn)了23個(gè)苯乙醇苷類化合物在煙草中的異源從頭合成。
肉蓯蓉為一味著名的珍稀名貴補(bǔ)益中藥，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，具有補(bǔ)腎陽(yáng)、益精血、潤(rùn)腸通便、延緩衰老等功效，被譽(yù)為“沙漠人參”。肉蓯蓉為沙生寄生植物，野生資源瀕臨枯竭，被列入《瀕危野生動(dòng)植物種國(guó)際貿(mào)易公約（CITES）》附錄Ⅱ。以松果菊苷 (echinacoside) 為代表的苯乙醇苷類化合物 (phenylethanoid glycosides，PhGs) 為肉蓯蓉的特征性成分，也是《中國(guó)藥典》中肉蓯蓉藥材質(zhì)控的指標(biāo)性成分。具有改善性功能、提高學(xué)習(xí)記憶能力、防治神經(jīng)退行性疾病等生物活性。
近年來(lái)，利用合成生物學(xué)策略實(shí)現(xiàn)活性天然產(chǎn)物生物合成途徑的異源重構(gòu)，構(gòu)建細(xì)胞工廠實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵活性成分的異源合成，成為突破珍稀瀕危中藥材關(guān)鍵活性成分來(lái)源難題的有效途徑。“支持珍稀瀕危中藥材替代品的研究和開(kāi)發(fā)利用”已明確寫入《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新發(fā)展的意見(jiàn)》中。目前，以松果菊苷為代表的肉蓯蓉苯乙醇苷類化合物的生物合成通路尚未被完全解析。
該研究以松果菊苷為目標(biāo)，成功完成了14條相關(guān)基因的克隆鑒定，首次揭示了由酪氨酸起始至松果菊苷的全生物合成途徑。明晰了肉蓯蓉中兩條與酪醇生物合成相關(guān)的路徑，并鑒定了酪醇后修飾階段裝配生成松果菊苷相關(guān)的糖基轉(zhuǎn)移酶、?；D(zhuǎn)移酶及P450羥化酶。進(jìn)一步在煙草中重構(gòu)該合成途徑，在不添加任何外源前體的情況下，成功實(shí)現(xiàn)了紅景天苷、桂葉苷A、桂葉苷B、syringalide A，syringalide A-3′-rhamnoside 等5個(gè)已知和18個(gè)新穎苯乙醇苷的異源從頭合成。
此項(xiàng)研究為其它苯乙醇苷類化合物生物合成途徑的解析提供了重要啟示，亦為復(fù)雜結(jié)構(gòu)苯乙醇苷類化合物的異源合成提供了理想的基因元件，還為肉蓯蓉優(yōu)良品種選育及苯乙醇苷類創(chuàng)新藥物研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。
圖管花肉蓯蓉中松果菊苷全生物合成途徑