《自然·通讯》近日在线发表报道的一项研究显示，中国医学科学院学部委员陈士林团队采用本草基因组学研究策略，解析了七叶树属植物娑罗子中的有效成分七叶皂苷和七叶素特异性合成的分子机制，并实现了绿色合成，利用多组学及质谱成像技术将中药活性成分的生物合成研究提升到空间组学水平。
据介绍，现代植物化学和药理学的研究表明，草药中特异性积累的有效成分是其发挥药效的物质基础。七叶树属植物是一种温带北半球的多年生树木，由于含有药用活性成分七叶皂苷和七叶素被广泛应用于临床。七叶皂苷（玉蕊醇型三萜皂苷）制剂已广泛应用于临床，用于治疗慢性静脉功能全、水肿和痔疮等疾病。七叶素（香豆素类成分）与地高辛一起被用作常见的眼药水七叶洋地黄双苷滴眼液的原料，以缓解眼疲劳、眼痛和干眼等症状。然而，此前对于这两种有效成分的合成、调控和转运机制的分子遗传学研究还相对薄弱。
此次发表的研究通过空间代谢组揭示七叶皂苷在七叶树属植物娑罗子的子叶中特异性积累，解析了中华七叶树高质量基因组，并通过代谢组学、转录组学以及合成生物学技术等方法，成功解析七叶皂苷生物合成途径中关键的环化、氧化、酰基化和葡萄糖醛酸化等催化步骤。同时，课题组通过全被子植物基因组层面共线性研究发现该类三萜代谢基因簇的招募和进化模式，更好地理解了玉蕊醇型三萜类化合物在无患子目植物中的形成机制。针对七叶素的合成途径，研究团队根据关键基因在基因组中存在的拷贝数目及表达模式，筛选和验证了合成过程中关键基因的功能，在大肠杆菌中重建了七叶素的生物合成途径并完成了七叶素的绿色合成。
据介绍，陈士林团队2022年组织发布了千种本草基因组研究计划，极大推动了学术界从分子遗传学层面理解中草药中有效成分的合成、转运、积累和调控，助力天然产物药物的绿色生物合成以及高含量药效成分品种的精准选育。此次发表的论文的共同第一作者为中国中医科学院中药研究所孙伟、尹青岗、万会花、高冉冉，共同通讯作者是中国中医科学院/成都中医药大学陈士林、北京化工大学孙新晓、东北林业大学徐志超。
（研究团队供图）
