川续断中Asperosaponin VI生物合成关键酶的鉴定与催化机制解析

本研究针对传统中药川续断主要活性成分Asperosaponin VI（AS-VI）天然来源受限、化学提取困难的问题，通过多组学联合分析鉴定了其生物合成途径中的关键酶：两个β-香树脂醇合成酶（DaOSC2/DaOSC5）、两个细胞色素P450氧化酶（DaCYP714E29/DaCYP714E30）和一个阿拉伯糖基转移酶（DaUGT85J2），首次揭示了C-23位氧化和3-O-阿拉伯糖基化的催化机制，为合成生物学生产AS-VI及其衍生物奠定了分子基础。

　　

川续断作为传统接骨要药，其核心活性成分Asperosaponin VI（AS-VI）在治疗骨质疏松、神经退行性疾病等方面展现出巨大潜力。然而，这种五环三萜皂苷的获取长期受限于植物生长周期长、提取工艺复杂等瓶颈，而合成生物学途径又因生物合成通路不明而难以推进。尤其关键的是，AS-VI合成中涉及C-23位氧化的细胞色素P450酶（CYPs）和3-O-阿拉伯糖基化修饰的糖基转移酶（UGTs）的催化机制始终是未解之谜。

云南省特色植物提取实验室等机构的研究人员通过比较高低含量川续断栽培种（Da_H/Da_L），整合转录组学、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和系统发育分析，首次鉴定了AS-VI生物合成通路中的五个关键酶：两个β-香树脂醇合成酶（DaOSC2/DaOSC5）催化2,3-氧化角鲨烯环化生成β-香树脂醇；两个新型P450酶（DaCYP714E29/DaCYP714E30）介导齐墩果酸C-23位氧化；阿拉伯糖基转移酶DaUGT85J2负责催化常春藤皂苷元的3-O-阿拉伯糖基化。研究进一步通过分子对接和定点突变阐明了DaCYP714E29的底物识别机制及DaUGT85J2的催化关键位点。该成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》，为AS-VI的异源生物合成提供了关键酶元件和理论支撑。

研究采用的主要技术包括：基于川续断高低含量栽培种（Da_H:172.2 mg/g DW vs Da_L:15.43 mg/g DW）的转录组测序；酵母异源表达系统验证酶功能；原核表达纯化蛋白进行体外酶活检测；分子动力学模拟分析酶-底物相互作用；qPCR验证基因表达与代谢物积累相关性。

【Spatial distribution characteristics of asperosaponin ⅥⅥ】
HPLC分析揭示AS-VI主要富集于根部，且高含量栽培种Da_H的积累量是Da_L的11倍，为后续差异基因筛选提供材料基础。

【Discussion】
研究发现DaCYP714E29/DaCYP714E30是首例报道的川续断科中催化C-23位氧化的P450酶，填补了五环三萜修饰酶的知识空白；DaUGT85J2的鉴定则突破了阿拉伯糖基转移酶稀缺的技术瓶颈。

【Conclusions】
该研究不仅解析了AS-VI生物合成的关键步骤，更通过DaCYP714E29的F₄₈₇和DaUGT85J2的H²²等关键残基的发现，为酶工程改造提供了明确靶点。这些发现将加速AS-VI合成途径的异源重构，对开发骨质疏松、阿尔茨海默病等重大疾病的植物药替代疗法具有战略意义。