中药研究所陈万生团队揭示鼠尾草属植物中松香烷二萜类化合物结构多样性的形成机制

        近日，我校中药研究所陈万生教授团队在Nature Communications发表题为Functional divergence of CYP76AKs shapes the chemodiversity of abietane-type diterpenoids in genus Salvia 的研究论文。该研究提出了“以属内进化为视角”的多组学联合分析创新研究策略，阐明了鼠尾草属中松香烷型二萜类化学多样性的形成机制，发现催化酶基因功能缺失可作为天然产物结构多样化的驱动力。

        鼠尾草属（Salvia L.）是唇形科最大的属，包含诸多文化和经济上的重要植物资源，其中以我国大宗药材丹参（Salvia miltiorrhiza Bunge）以及欧洲草药药鼠尾草（Salvia officinalis L.）应用最为广泛。丹参酮类成分（19/18碳）以及鼠尾草酸类衍生物（20碳）作为鼠尾草属中松香烷二萜的代表性成分，呈现出丰富的结构多样性，且具有明显的物种差异分布特征。为阐明鼠尾草属中松香烷二萜类化合物的结构多样性特质及其形成机制，该研究首次以植物属内进化为第一分析视角，广泛收集了覆盖全世界的3个主要鼠尾草分布中心的大量物种，构建了丰富的鼠尾草种质资源库，对其中71个典型物种进行深入的代谢组、转录组、祖先性状与基因重构、演化模型构建。研究发现，丹参酮类活性成分在不同鼠尾草类群中存在明显的类群性分布特征。有趣的是，与先前普遍认知大相径庭，丹参酮并不仅仅存在于以丹参为代表的东亚鼠尾草类群中，该类化学成分在鼠尾草属最初分化出现时（约3800万年前）就已经在最古老的物种中存在，而随着类群的分化，合成丹参酮的能力却在欧亚、南美，以及北美的大部分鼠尾草物种中丢失。鼠尾草属中独有的细胞色素酶P450亚家族（CYP76AK）是丹参酮类成分特异类群性分布的决定因素，各类群中的CYP76AK分支对于松香烷型二萜骨架C-20位的氧化模式存在严格的类群性差异，这成为了各类群中松香烷型二萜的合成途径分化的“岔道开关”。该研究不仅讲述了丹参酮这一重要中药药效成分在丹参中特异合成累积的演化故事，更为丹参酮类活性成分的药用资源拓展提供了理论依据，丰富了中药品质形成机制的科学内涵。本研究所揭示的以基因功能丢失为驱动力的化学多样性形成机制可作为植物化学多样性进化研究的重要关注点。