4月25日，我校伟德官网下app官方网站李玉花教授團隊聯合林學院沈海龍教授團隊在國際著名學術期刊Nature Communications《自然通訊》上發表了題為“Deletion and tandem duplications of biosynthetic genes drive the diversity of triterpenoids inAralia elata”的研究論文。首次報道由于達瑪烯二醇合酶基因的缺失及三萜骨架位點特異性修飾酶的串聯重複導緻五加科植物龍牙楤木中積累豐富多樣的五環三萜皂苷的分子與進化機制。Nature Communications是Nature出版集團旗下的國際頂級綜合性學術期刊，最新影響因子14.919。本研究獲得2022年度國家自然科學基金區域聯合發展重點基金項目的支持。

龍牙楤木（Aralia elata）為五加科楤木屬多年生大灌木，是主産于我國東北部地區重要的食藥同源植物，亦被譽為“山野菜之王”，具有抗癌、抗炎、抗氧化及治療心腦血管疾病的功效，三萜皂苷是其主要活性成分。雖然楤木屬與“百草之王”人參屬的親緣關系較近（同屬Aralia-Panax亞類群），但這二者間三萜皂苷的結構類型與豐度均存在顯著差異。人參為人參屬植物，可合成大量的達瑪烷型四環三萜皂苷，僅積累少量的齊墩果烷型五環三萜皂苷，而這與楤木屬的特征恰恰相反，龍牙楤木中不合成達瑪烷型四環三萜皂苷，卻積累大量的齊墩果烷型五環三萜皂苷，種類多達100餘種，而人參中僅發現5種此類皂苷。

本研究為解析五加科近緣植物間三萜皂苷類化合物積累的特征差異及分子機制，首先采用PacBio三代測序技術及Hi-C技術構建高質量的龍牙楤木基因組圖譜，然後通過比較基因組及轉基因功能互補分析，首次闡明了龍牙楤木基因組中負責催化瑪烷型皂苷的關鍵酶基因DDS（達瑪烯二醇合酶）存在外顯子缺失，導緻龍牙楤木無法合成達瑪烷型皂苷。進一步的分子進化與基因組結構分析表明，楤木屬在與人參屬植物分化後，其基因組中三萜皂苷修飾酶基因發生了大量的串聯重複。而後，結合轉錄組、代謝組和生理生化試驗，鑒定了多個催化龍牙楤木三萜皂苷合成的關鍵酶，系統解析了齊墩果烷型楤木皂苷的生物合成途徑。最後，通過合成生物學手段，利用釀酒酵母做為底盤細胞，從頭合成了多達13種不同結構的楤木皂苷。這項研究揭示了五加科植物三萜皂苷類化合物結構多樣性形成的進化機制，也為理解串聯重複基因在植物次生代謝進化中的作用提供了重要的啟示。此外，對龍牙楤木藥用成分的“綠色生物制造”也具有重大指導意義。

五加科藥用植物系統進化與三萜皂苷類化合物多樣性形成機制

我校伟德官网下app官方网站青年教師王宇副教授和2018級博士研究生張賀、朝鮮籍留學生Hyok Chol Ri（李赫哲）、2020級博士研究生安澤宇為論文的共同第一作者。伟德官网下app官方网站李玉花教授、林學院沈海龍教授、張鵬教授及福建農林大學劉仲健教授為論文的共同通訊作者。研究過程中得到了我校伟德官网下app官方网站“5211”引進人才薛哲勇教授、徐志超教授及台灣成功大學蔡文傑教授的指導和幫助，也得到我校分析測試中心的大力支持。

李玉花教授團隊在五加科藥用植物人參、西洋參、龍牙楤木等規模化生物反應器組培繁殖體系的建立，多種糖苷酶組合結合固定化酶膜技術高效生物轉化稀有人參皂苷等産業化研究領域深耕10餘年，獲得多項技術發明專利。近幾年團隊進一步拓展研究領域，包括五加科植物天然活性成分三萜皂苷的生物合成途徑解析、關鍵合成酶的挖掘及其生物合成等基礎研究領域，獲得了重要進展和突破。團隊近五年在Nature Communications、Molecular Plant、Nucleic Acids Research、Plant Biotechnology Journal、Journal of Agricultural and Food Chemistry等高水平SCI期刊發表一系列論文。

論文鍊接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-29908-y