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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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昆明植物所在植物萜類化學(xué)防御與形成機制研究中取得進展

2020-09-23 昆明植物研究所

【字體：大中小】

語音播報

　　紫莖澤蘭（Eupatorium adenophorum Spreng）在我國是一種外來入侵植物，具有強大的化學(xué)防御系統(tǒng)，其防御物質(zhì)及生物合成機制尚屬未知。近期，中國科學(xué)院昆明植物研究所活性天然產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)與生物合成團隊研究員黎勝紅研究組綜合運用植物化學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、合成生物學(xué)等技術(shù)，揭示紫莖澤蘭中杜松烯類倍半萜的體內(nèi)外抗蟲防御功能，解析其生物合成途徑的關(guān)鍵步驟，并構(gòu)建杜松烯類天然產(chǎn)物的異源合成通路。

　　經(jīng)各種誘導(dǎo)處理以及代謝分析，該研究發(fā)現(xiàn)，6個杜松烯類倍半萜是紫莖澤蘭的主要組成型和誘導(dǎo)型防御物質(zhì)，這些化合物均表現(xiàn)出顯著的昆蟲拒食活性。在此基礎(chǔ)上，研究人員對杜松烯類倍半萜的生物合成開展了研究，從紫莖澤蘭中克隆并功能鑒定了3個倍半萜合酶基因，包括一個新穎的倍半萜合酶EaTPS1，能夠催化其中2個關(guān)鍵中間體amorpha-4,7(11)-diene 和 (–)-amorph-4-en-7-ol的合成；在大腸桿菌中構(gòu)建了這兩個化合物的從頭合成通路，從10 L搖瓶培養(yǎng)液中分離純化了550 mg的amorpha-4,7(11)-diene和35 mg的(–)-amorph-4-en-7-ol單體化合物，并通過1D和2D NMR等波譜技術(shù)確證其結(jié)構(gòu)?；虮磉_模式和化合物積累的相關(guān)性分析，證實EaTPS1在紫莖澤蘭中參與杜松烯類倍半萜的生物合成，并發(fā)現(xiàn)機械損傷和MeJA處理降低EaTPS1基因的表達但能促進化合物的釋放。在煙草中瞬時表達EaTPS1基因，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草也能合成amorpha-4,7(11)-diene 和 (–)-amorph-4-en-7-ol，同時抗蟲防御功能也得到提高，進一步證實EaTPS1在植物體內(nèi)的功能。該研究首次揭示紫莖澤蘭的化學(xué)防御物質(zhì)及其形成機制，并實現(xiàn)杜松烯類倍半萜的異源合成，有助于深入研究該類天然產(chǎn)物的生物活性和合成生物學(xué)。

　　研究結(jié)果以Characterization of defensive cadinenes and a novel sesquiterpene synthase responsible for their biosynthesis from the invasive Eupatorium adenophorum為題，發(fā)表在New Phytologist上。昆明植物所副研究員劉燕和沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)教授駱世洪為并列第一作者，黎勝紅為通訊作者。研究得到國家杰出青年基金項目、云南生物醫(yī)藥重大專項、云南省創(chuàng)新團隊、中科院青年創(chuàng)新促進會和中科院“西部之光”專項基金等資助。

　　論文鏈接

杜松烯類倍半萜生物合成途徑（左圖）以及EaTPS1基因表達模式和化合物積累（右圖）

工程大腸桿菌（左圖）和本氏煙草（右圖）異源合成amorpha-4,7(11)-diene 和 (–)-amorph-4-en-7-ol

　　萜類化合物是天然產(chǎn)物中最大的類群，結(jié)構(gòu)多樣、活性廣泛，具有重要的藥用和經(jīng)濟價值。植物合成萜類化合物目的通常被認為是調(diào)節(jié)其自身生長發(fā)育（如植物激素赤霉素、脫落酸和獨腳金內(nèi)酯）以及抵御各種生物脅迫（如昆蟲拒食劑印楝素和除蟲菊酯）。倍半萜為萜類化合物中的一個重要家族，具有豐富的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物功能雙重多樣性。其中，杜松烯類倍半萜由于其獨特的活性與功能受到廣泛關(guān)注，如抗瘧疾藥物青蒿素和植保素棉酚等。
　　紫莖澤蘭（Eupatorium adenophorum Spreng）在我國是一種外來入侵植物，具有強大的化學(xué)防御系統(tǒng)，其防御物質(zhì)及生物合成機制尚屬未知。近期，中國科學(xué)院昆明植物研究所活性天然產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)與生物合成團隊研究員黎勝紅研究組綜合運用植物化學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、合成生物學(xué)等技術(shù)，揭示紫莖澤蘭中杜松烯類倍半萜的體內(nèi)外抗蟲防御功能，解析其生物合成途徑的關(guān)鍵步驟，并構(gòu)建杜松烯類天然產(chǎn)物的異源合成通路。
　　經(jīng)各種誘導(dǎo)處理以及代謝分析，該研究發(fā)現(xiàn)，6個杜松烯類倍半萜是紫莖澤蘭的主要組成型和誘導(dǎo)型防御物質(zhì)，這些化合物均表現(xiàn)出顯著的昆蟲拒食活性。在此基礎(chǔ)上，研究人員對杜松烯類倍半萜的生物合成開展了研究，從紫莖澤蘭中克隆并功能鑒定了3個倍半萜合酶基因，包括一個新穎的倍半萜合酶EaTPS1，能夠催化其中2個關(guān)鍵中間體amorpha-4,7(11)-diene 和 (–)-amorph-4-en-7-ol的合成；在大腸桿菌中構(gòu)建了這兩個化合物的從頭合成通路，從10 L搖瓶培養(yǎng)液中分離純化了550 mg的amorpha-4,7(11)-diene和35 mg的(–)-amorph-4-en-7-ol單體化合物，并通過1D和2D NMR等波譜技術(shù)確證其結(jié)構(gòu)?；虮磉_模式和化合物積累的相關(guān)性分析，證實EaTPS1在紫莖澤蘭中參與杜松烯類倍半萜的生物合成，并發(fā)現(xiàn)機械損傷和MeJA處理降低EaTPS1基因的表達但能促進化合物的釋放。在煙草中瞬時表達EaTPS1基因，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因煙草也能合成amorpha-4,7(11)-diene 和 (–)-amorph-4-en-7-ol，同時抗蟲防御功能也得到提高，進一步證實EaTPS1在植物體內(nèi)的功能。該研究首次揭示紫莖澤蘭的化學(xué)防御物質(zhì)及其形成機制，并實現(xiàn)杜松烯類倍半萜的異源合成，有助于深入研究該類天然產(chǎn)物的生物活性和合成生物學(xué)。
　　研究結(jié)果以Characterization of defensive cadinenes and a novel sesquiterpene synthase responsible for their biosynthesis from the invasive Eupatorium adenophorum為題，發(fā)表在New Phytologist上。昆明植物所副研究員劉燕和沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)教授駱世洪為并列第一作者，黎勝紅為通訊作者。研究得到國家杰出青年基金項目、云南生物醫(yī)藥重大專項、云南省創(chuàng)新團隊、中科院青年創(chuàng)新促進會和中科院“西部之光”專項基金等資助。
　　論文鏈接
　　杜松烯類倍半萜生物合成途徑（左圖）以及EaTPS1基因表達模式和化合物積累（右圖）
　　工程大腸桿菌（左圖）和本氏煙草（右圖）異源合成amorpha-4,7(11)-diene 和 (–)-amorph-4-en-7-ol
　　

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