图 黄芪三萜的生物合成

　　在国家自然科学基金项目（批准号：82225043）等资助下，中国科学院昆明植物研究所黄胜雄研究员团队在天然药物成分黄芪三萜生物合成研究方面取得进展。研究成果以“药用黄芪三萜皂苷的完整生物合成（Total biosynthesis of the medicinal triterpenoid saponin astragalosides）”为题，于2024年10月21日在线发表于《自然·植物》（Nature Plants）杂志。论文链接https://www.nature.com/articles/s41477-024-01827-4。

　　中药黄芪是蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根，始载于《神农本草经》，被列为上品，是目前中医院用药量最大的中药之一。黄芪三萜是黄芪的主要有效成分，具有多种药理活性。然而，由于其结构复杂且自然资源有限，传统方法从黄芪根中分离提取或化学合成成本较高，限制了基于黄芪三萜的抗心衰（Signal Transduct Target Ther. 2023, 8, 414 ）等创新药物的研发。利用合成生物学或基因编辑手段进行黄芪三萜异源生产或植物高效合成，被认为是解决这一资源短缺的重要途径。目前，黄芪三萜的生物合成通路尚未被完全解析，尤其是挖掘参与其生物合成的氧化酶仍是该领域的难题。

　　该研究对膜荚黄芪不同组织的转录组数据进行了深入分析，发现了可能参与黄芪三萜生物合成的氧化酶和糖基转移酶AmCYP88D25和AmGT11。还对膜荚黄芪的高质量基因组数据进行了分析，推断负责黄芪三萜生物合成的基因簇很可能位于一号染色体上，分布在4Mb的区域内，包括4个氧化酶和2个糖基转移酶的基因。通过体内和体外的功能验证，确认了这6个基因在黄芪三萜生物合成中的关键作用。在此基础上，研究团队将鉴定出的6个基因（AmCYP88D25、AmCYP88D7、AmCYP71D756、AmOGD1、AmGT11、AmGT36）与已知的3个基因AtCPR1、AmOSC3和NbtHMGR在烟草中进行共表达，成功实现了黄芪三萜的烟草叶片异源合成（图）。

　　该研究发现的黄芪三萜生物合成基因簇是目前自然界报道的最大天然产物基因簇。与之前报道的三萜类基因簇不同，这一基因簇缺少骨架合成酶，为其他萜类天然药物的生物合成解析提供了重要参考。此外，这些基因的挖掘和全合成途径的解析为后续黄芪新品种的选育及黄芪三萜创新药物研发奠定了坚实的药源基础。