茯苓基因组揭示参与茯苓酸生物合成的关键酶CYP5035D1C31

本研究针对传统中药茯苓中活性成分茯苓酸（pachymic acid）生物合成途径不明的难题，通过染色体水平基因组测序结合CRISPR/Cas9基因编辑技术，首次鉴定出负责羊毛甾醇C-16羟基化/C-20甲基羧基化的关键细胞色素P450酶CYP5035D1C31，为茯苓酸工业化生产及抗肿瘤药物开发奠定分子基础。

　　

茯苓（Wolfiporia hoelen）作为《神农本草经》记载的"上品"药材，其核心活性成分茯苓酸具有抗肿瘤、抗炎等多种药理活性。然而，自然界中茯苓酸含量普遍低于0.04%的药典标准，制约了其临床应用。这一瓶颈的根源在于：羊毛甾醇经细胞色素P450(CYP450)修饰转化为茯苓酸的关键酶尚未阐明。

为解决这一难题，湖南中医药大学等机构研究人员对茯苓菌株XJ28开展染色体水平基因组测序（59.87Mb），通过共定位分析和转录组数据筛选出候选基因CYP5035D1C31。研究团队利用前期构建的茯苓CRISPR/Cas9基因编辑系统，在体内证实该酶负责羊毛甾醇C-16羟基化或C-20甲基羧基化；进一步通过酿酒酵母异源表达体系，经HPLC-Q-TOF-MS检测到茯苓酸生成。比较基因组分析揭示中国茯苓XJ28与美国M. cocos MD104约在4850万年前发生分化。

关键技术包括：PacBio+Illumina双平台基因组测序（209.47X覆盖度）、多组织转录组分析（121.28Gb数据）、基于共表达网络的候选基因筛选、CRISPR/Cas9介导的基因敲除、酿酒酵母异源表达系统等。实验样本采自湖南靖州县（N26°43'36.38''，E109°41′15.34''）的茯苓菌株XJ28。

【基因组测序组装与注释】
获得scaffold N50达8.56Mb的高质量基因组，预测基因与羊毛甾醇合酶共定位的CYP5035D1C31为候选基因。

【讨论】
相较于美国W. cocos MD104及中国W. cocos 5.78/LT菌株，XJ28显示出显著遗传变异。CYP5035D1C31的功能解析填补了茯苓酸合成途径最后关键环节的空白。

【结论】
该研究首次在分子水平阐明茯苓酸生物合成机制，CYP5035D1C31的发现为通过合成生物学提高茯苓酸产量、开发抗肿瘤新药提供靶点，对推动茯苓产业高质量发展具有重要意义。研究结果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》，数据已存入中国国家基因组科学数据中心（PRJCA015215）。