中国药科大学团队揭示伞形科植物中复杂香豆素生物合成新机制

中国药科大学团队揭示伞形科植物中复杂香豆素生物合成新机制

2024年8月，南京农业大学园艺学院/前沿交叉研究院薛佳宇团队与中国药科大学赵玉成副教授等合作，在《自然·通讯》杂志上发表了一项关于伞形科植物中复杂香豆素生物合成的重要研究。该研究不仅揭示了伞形科植物中复杂香豆素生物合成通路的起源与演化，还为天然药物的开发提供了新的思路。

香豆素是一类具有重要药用价值的天然化合物，广泛存在于植物中。其中，复杂香豆素（包括呋喃香豆素和吡喃香豆素）在伞形科植物中表现出最高的结构多样性。这类化合物具有多种生物活性，如抗菌、抗肿瘤、抗氧化、抗凝血和抗炎等，显示出良好的临床应用前景。

研究团队发现，伞形科植物中复杂香豆素的生物合成涉及三个关键酶基因：香豆酰辅酶A 2’-羟化酶（C2’H）、异戊烯基转移酶（C-PT）和环化酶。通过系统调研和比较基因组学分析，研究人员揭示了这些关键酶基因的演化过程。

• C2’H编码基因起源于芹亚科早期
• C-PT和环化酶则在芹亚科演化后期出现，具体是在滇芹分支、芹族、环翅芹族、芫荽族和亮蛇床族的共同祖先中形成
• 研究还发现，前胡中形成了一个包含三个关键酶编码基因的“生物合成基因簇”，并通过串联复制增加了基因拷贝数，解释了前胡高效合成角型复杂香豆素的机制

香豆素及其衍生物在医药领域具有广泛的应用前景。例如，呋喃香豆素中的线性组分（如补骨脂素、佛手柑素）和角型组分（如当归素、茴芹内酯）都显示出显著的药理活性。这些化合物可以激活多种细胞凋亡途径，如STAT3、AKT、NF-κB、JAK1等，具有潜在的抗肿瘤作用。

此外，香豆素类化合物还具有抗菌、抗氧化等多种生物活性，可用于开发新型药物。该研究揭示的生物合成途径和关键酶的功能，为通过合成生物学方法生产香豆素类化合物提供了理论基础，有望推动相关药物的研发进程。

南京农业大学薛佳宇副教授表示：“这项研究不仅揭示了伞形科植物中复杂香豆素生物合成通路的演化机制，还为理解植物次生代谢产物的多样性提供了新的视角。研究结果对于天然产物的生物合成和药物开发具有重要参考价值。”

该研究得到了领域内专家的高度评价，认为其为复杂香豆素的生物合成研究开辟了新的方向，也为天然药物的开发提供了重要的科学依据。

南京农业大学为该论文第一和通讯单位，园艺学院/前沿交叉研究院博士生黄新程、韦雪芬和中国药科大学硕士生唐欢迎为论文共同第一作者。南京农业大学薛佳宇副教授、中国药科大学赵玉成副教授和中国热带农业科学院热带作物遗传资源研究所乔飞研究员为论文共同通讯作者。