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　　 植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中產(chǎn)生了大量類型豐富、結(jié)構(gòu)多變的次生代謝產(chǎn)物，是植物環(huán)境適應(yīng)性與多樣性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。萜類化合物是植物中種類最多、化學(xué)結(jié)構(gòu)變化最為豐富的一類次生代謝產(chǎn)物，在植物生長(zhǎng)發(fā)育（如：植物激素赤霉素、脫落酸、獨(dú)腳金內(nèi)酯、油菜素內(nèi)酯等）、適應(yīng)環(huán)境脅迫（如：化感物質(zhì)稻殼酮、植保素棉酚、昆蟲拒食劑印楝素等）等方面發(fā)揮著重要作用。植物萜類化合物還具有重要的藥用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如著名的抗瘧疾藥物青蒿素和抗腫瘤藥物紫杉醇等。

　　中國科學(xué)院昆明植物研究所黎勝紅研究團(tuán)隊(duì)多年來致力于植物萜類次生代謝產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、生物功能與生物合成等相關(guān)研究。前期從四種藥用植物米團(tuán)花（Leucosceptrum canum）、火把花（Colquhounia coccinea var. mollis）、寬管花（Eurysolen gracilis）和新疆假龍膽（Gentianella turkestanorum）中發(fā)現(xiàn)了四個(gè)家族系列新穎骨架和獨(dú)特結(jié)構(gòu)的二倍半萜化合物，具有重要抗病蟲害防御功能和顯著免疫抑制、降脂等活性，并從米團(tuán)花的腺毛中鑒定了二倍半萜生物合成途徑的關(guān)鍵酶GFDPS，首次揭示了其生源途徑和起源進(jìn)化。 

　　在該研究中，該團(tuán)隊(duì)運(yùn)用GC-MS分析了火把花不同組織中揮發(fā)性萜類次生代謝產(chǎn)物圖譜，發(fā)現(xiàn)其葉和花中富含結(jié)構(gòu)多樣的倍半萜和二萜類揮發(fā)性成分，而去除表皮的幼嫩莖干中未檢測(cè)到萜類化合物。在此基礎(chǔ)上對(duì)葉與幼嫩莖干（去除表皮）進(jìn)行了比較轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和分析，結(jié)合qRT-PCR技術(shù)篩選到一個(gè)在葉中高表達(dá)的萜類合酶候選基因，功能預(yù)測(cè)為單萜合酶，Target P預(yù)測(cè)其亞細(xì)胞定位于細(xì)胞質(zhì)，區(qū)別于經(jīng)典的定位于質(zhì)體中的單萜合酶。運(yùn)用工程大腸桿菌異源表達(dá)體系結(jié)合產(chǎn)物跟蹤分離及NMR波譜技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)CcTPS1能夠催化C₂₅~C₁₀直鏈前體GFDP/ GGDP/ FDP/ GDP生成8個(gè)主要萜類產(chǎn)物1-8，包括2個(gè)二倍半萜，1個(gè)二萜，4個(gè)倍半萜和1個(gè)單萜。其中化合物1-3為新化合物，分別命名為(+)-α-geranylbisabolene，(+)-somaliensene B和(+)-α-prenylbisabolene，為含有環(huán)己烷骨架的稀有二倍半萜和二萜家族新成員，CcTPS1系首個(gè)從植物中發(fā)現(xiàn)的能夠催化生成該類骨架二倍半萜和二萜的萜類合酶，環(huán)合方式明顯區(qū)別于此前報(bào)道的二倍半萜合酶。同時(shí)，CcTPS1也是首個(gè)從植物中功能鑒定的能夠催化C₂₅/C₂₀/C₁₅/C₁₀直鏈前體形成二倍半萜、二萜、倍半萜和單萜的高度雜泛性的萜類合酶。 

　　 在本氏煙草中瞬時(shí)表達(dá)CcTPS1也能合成二萜和倍半萜化合物，其中二萜為主要產(chǎn)物，結(jié)合火把花植物中檢測(cè)到CcTPS1的酶活產(chǎn)物(+)-α-prenylbisabolene和α-trans-bergamotene，推測(cè)CcTPS1在植物中可能主要負(fù)責(zé)二萜和倍半萜類化合物的生物合成，而其合成二倍半萜和單萜類化合物則可能受植物生長(zhǎng)發(fā)育或環(huán)境互作等因素調(diào)控。進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，CcTPS1屬于TPS-b亞家族，該家族主要為定位于質(zhì)體的單萜合酶，亞細(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)表明CcTPS1定位于細(xì)胞質(zhì)中，因此推測(cè)CcTPS1可能起源于亞細(xì)胞定位改變和底物耐受性擴(kuò)展的單萜合酶趨異進(jìn)化。定點(diǎn)突變分析發(fā)現(xiàn)，Trp²⁶² 對(duì)CcTPS1催化活性有重要影響，但不影響其底物選擇性。MeJA可誘導(dǎo)CcTPS1的表達(dá)量增高以及二萜和倍半萜的積累，但二萜和倍半萜產(chǎn)物均未表現(xiàn)出明顯昆蟲拒食活性，表明它們可能在植物與環(huán)境（尤其是非生物脅迫）的相互作用中發(fā)揮功能。該研究結(jié)果為植物萜類合酶的進(jìn)化與萜類化學(xué)多樣性研究奠定了重要基礎(chǔ)，同時(shí)表明轉(zhuǎn)錄組分析、異源表達(dá)結(jié)合經(jīng)典植物化學(xué)研究是發(fā)現(xiàn)植物中隱藏的獨(dú)特酶和新穎天然產(chǎn)物的有效手段。 

　　該研究結(jié)果以“An extremely promiscuous terpenoid synthase from the Lamiaceae plant Colquhounia coccinea var. mollis catalyzes the formation of sester-/di-/sesqui-/mono- terpenoids”為題發(fā)表在Plant Communications（Cell Press）上。中科院昆明植物所李德森博士生為該篇文章的第一作者，黎勝紅研究員和劉燕副研究員為共同通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（21937006）、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31770390, 31770340 和31525005）和云南省生物醫(yī)藥重大專項(xiàng)（2019ZF011-2）等項(xiàng)目的資助。 

火把花植物及CcTPS1 酶活分析與產(chǎn)物化學(xué)結(jié)構(gòu)