三萜化合物是一類結構多樣的活性天然産物,2,3-氧化鲨烯環化酶(OSC)也叫三萜環化酶,是産生三萜骨架的關鍵酶,由于植物OSC基因的擴增和多樣性進化導緻了三萜骨架的多樣性,目前已經發現的三萜骨架已經有120多種。但是,形成這些三萜骨架的OSC酶大部分還未被鑒定,如何控制複雜環化過程,形成不同産物的機制還不清晰。本研究從燕麥中挖掘到一類産生何伯烷型三萜骨架的新型OSC酶,分别産生hopenol B和hop-17(21)-en-3β-ol,通過分子建模、定點突變、QM/MM計算模拟等研究手段,從電子水平闡明了何伯烷型三萜形成過程中,OSC酶如何調控質子和甲基轉移及脫質子位置的機制。另外,對燕麥組織和器官的化學成分的分析,發現何伯烷型三萜以成酯方式參與表皮蠟質形成。該工作發表于2022年3月15日Proc. Natl. Acad. Sci.雜志。
該發現豐富了三萜生物合成的新元件,對研究三萜環化過程中重排反應和去質子化之間的調控機制也提供了新的見解,為了植物合成多樣性三萜化合物生物學意義的研究提供了思路。
論文的通訊作者是本校薛哲勇教授和中山大學巫瑞波教授,本校碩士生梁苗苗和中山大學張帆博士是論文的共同一作。山東大學王小甯教授和徐家鑫博士生也參與了工作。該研究得到了英國John Innes Centre的Anne Osbourn教授及團隊成員James Reeds和Michael J. Stephenson、沈陽農業大學駱世洪教授、齊齊哈爾醫學院宋波博士的支持和幫助。感謝國家自然科學基金(No. 31970314/Z.X, No. U21A20243/Z.X和No. 21773313/R.W)以及黑龍江省頭雁計劃(林木遺傳育種創新團隊)資助。