近日，我院徐志超教授團隊在國際知名期刊《Advanced Science》（中科院一區，IF：15.1）在線發表了題為“基部雙子葉植物苄基異喹啉類生物堿結構多樣性形成機制（Lineage-specific CYP80 Expansion and Benzylisoquinoline Alkaloid Diversity in Early-diverging Eudicots）”的研究論文。基于本草基因組學研究策略，報道了催化青藤堿等苄基異喹啉生物堿（Benzylisoquinoline Alkaloid, BIAs）生物合成骨架形成的新穎酶，發現種系特異的CYP80基因擴張及新功能化驅動了防己科物種苄基異喹啉生物堿（Benzylisoquinoline Alkaloid, BIAs）結構多樣性，為BIAs藥用活性物質的綠色合成及藥物開發提供支撐。

BIAs結構類型多樣，藥用價值高，如鎮痛藥物嗎啡因、抗菌藥物小檗堿等，也是重要的林源活性物質，廣泛分布在雙子葉植物的早期分化類群及木蘭類中。近年來，我院客座教授陳士林院士團隊相繼完成毛茛科黃連（Liu et al., Nature Communications, 2021）、罂粟科毛黃堇（Xu et al., Plant Journal, 2022）、防己科千金藤屬（Leng et al., Nature Communications, 2024）等物種中BIAs的代謝合成、起源進化及抗病毒活性等研究。然而，多數BIAs結構多樣性形成及修飾的關鍵酶仍然未知，如防己科物種積累的雙苄基異喹啉（千金藤素，抗病毒）、嗎啡烷類（青藤堿，抗風濕）等，其結構多樣性形成及進化的分子機制尚不明确。研究團隊以防己科中藥北豆根（Menispermum dauricum）為研究對象，破譯其高質量基因組，追溯其物種進化、全基因組複制事件及染色體進化曆程，提出“北豆根基因組可作為研究雙子葉植物進化的理想模型”；研究人員進一步通過代謝組追蹤了北豆根不同部位BIAs的結構類型差異；通過比較基因組發現防己科物種CYP80基因的顯著擴張，該基因家族擴張及組織特異性表達驅動了BIAs不同結構類型的多樣性。重要的是，創新性發現了催化牛心果堿發生C2'-C4a酚耦合反應生成清風藤堿（多花罂粟堿的對映異構體）的新穎酶MdCYP80G10，該酶具有嚴格的立體選擇性，特異性識别（S）型牛心果堿。本研究為“基因組進化驅動植物代謝多樣性形成”理論提供新的範例。

圖1 CYP80基因擴張和組織特異性表達驅動了防己科BIA結構類型的多樣性

伟德官网下app官方网站為該研究的第一署名單位。我院博士研究生安周捷為論文的共同第一作者。伟德官网下app官方网站徐志超教授、成都中醫藥大學陳士林院士、中國中醫科學院中藥研究所孫偉研究員、北京化工大學範華昊教授、中國中醫科學院中藥研究所高冉冉博士為該論文的共同通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃青年科學家、國家自然科學基金面上等項目支持。

原文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202309990