Gamma-selinene 合成酶催化了 Tripterygium 中二氢agarofuran 类倍半萜生物碱合成的第一步

《Science China-Life Sciences》：Gamma-selinene synthase catalyzes the first step of dihydroagarofuran sesquiterpene alkaloid biosynthesis in Tripterygium

三裂兜藜草和毛枝兜藜草中14个二萜合成酶基因被鉴定，其关键酶TwTPS5经CRISPR/Cas9敲除后证实催化FPP生成γ-蒎烯，该步骤在Celastraceae中功能保守，基因敲除使DASAs减少而药用成分增加。

　　

摘要

三叶青（Tripterygium wilfordii）和浅绿三叶青（T. hypoglaucum）属于卫矛科（Celastraceae），是多年生藤本灌木，具有治疗类风湿性关节炎、癌症和男性避孕的药用价值。其中，大环二氢agarofuran倍半萜生物碱（DASAs）不仅是卫矛科的化学分类标志物，还以其细胞毒性和杀虫特性而闻名。尽管过去半个世纪里进行了大量的植物化学研究，但DASAs的生物合成途径仍未阐明。在此研究中，我们利用三叶青属植物的多组学数据，鉴定出了14个倍半萜合成酶基因。进一步分析表明，一组酶（TwTPS5、TwTPS16、ThTPS5）催化了DASAs生物合成的关键步骤，这一点通过T. wilfordii中TwTPS5的CRISPR/Cas9敲除实验得到了验证。生化实验结果显示，这些酶能够将FPP转化为γ-芹烯（gamma-selinene）。其他卫矛科物种中的同源酶（EaTPS3、CaTPS5、CaTPS6）也能产生γ-芹烯，说明这一产生DASAs的基因谱系具有功能保守性。值得注意的是，敲除TwTPS5后，DASAs的含量降低，而具有药用价值的化合物积累增加，从而为未来的应用提供了更安全、更具创新性的药用植物资源。