2021年7月22日，广州中医药大学岭南医学研究中心黄莉莉研究员团队在Plant and Cell Physiology 杂志发表了题为Discovery and Functional Characterization of a Diverse Diterpene Synthase Family in the Medicinal Herb Isodon lophanthoides Var. gerardiana 的研究论文。文章研究揭示了中草药溪黄草中具有生物活性的松香烷型二萜生物合成的早期步骤和 nezukol 合成酶的催化机制。
纤花线纹香茶菜（Isodon lophanthoides var. gerardiana, 唇形科），又名溪黄草，是一种具有广泛药理活性的中药材。松香烷 (abietane) 型二萜是溪黄草的特征成分，但其生物合成尚未阐明。虽然地上部分是溪黄草最常用的器官，通过气相色谱-质谱法进行的代谢物分析表明，地下部分还含有大量的半日花烷 (labdane) 二萜类化合物，包括松香三烯 (abietatriene), 雷公藤甲素二萜烯 (miltiradiene)和铁锈醇 (ferruginol)，这与在地上部分检测到的 13-羟基-8(14)-松香烯 [13-hydroxy-8(14)-abietene] 不同。比较分析根和叶样品的转录组, 确定了一个多样化的二萜合酶家族，包括 6 个柯巴基焦磷酸合酶 (copalyl diphosphate synthase, IlCPS1-6) 和 5 个类贝壳杉烯合酶 (kaurene synthase-like, IlKSL1-5)。
本研究使用酵母异源表达系统研究了其中六种酶的功能。IlCPS1 和IlCPS3 都合成了 (+)-柯巴基焦磷酸(CPP)，与IlKSL1 结合产生了松香烷型二萜的前体雷公藤甲素二萜烯，而与IlKSL5 偶联导致形成羟基化的二萜支架 nezukol。表达谱和系统发育分析进一步支持了IlCPS1 和IlCPS3 不同的进化关系和空间分布。IlCPS2将 GGPP 转化为 labda-7,13E-dien-15-ol 二磷酸。IlCPS6 被鉴定为对映型柯巴基焦磷酸合酶(ent-CPS)，表明其在赤霉素代谢中起作用。研究进一步鉴定了单一残基，确定nezukol合酶IlKSL5的加水量。用异亮氨酸取代丙氨酸513 完全改变了从羟基化的 nezukol 到isopimara-7,15-diene 的产物。
Scheme of biosynthetic pathway of specialized and general metabolism of diterpenoids in medicinal plant I. lophanthoides
综上，这些发现阐明了溪黄草中具有生物活性的松香烷型二萜生物合成的早期步骤和 nezukol 合成酶的催化机制。
原文链接：https://doi.org/10.1093/pcp/pcab089
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