PPB|云南农业大学中药材科技创新团队揭示川续断中川续断皂苷 Ⅵ 生物合成关键酶的鉴定及其催化机制

2025 年 6 月 18 日，云南农业大学中药材科技创新团队在国际期刊 Plant Physiology and Biochemistry上在线发表了题为 “Identification and catalytic mechanisms of key enzymes in the biosynthesis of asperosaponin Ⅵ from Dipsacus asperoides” 的研究论文。

该研究首次鉴定了川续断中川续断皂苷 VI 生物合成多个核心酶的功能特征，并解析了部分关键酶的催化分子机制，为实现川续断皂苷 VI 的异源高效生物合成、开展川续断高活性成分分子育种改良提供了核心基因资源。

川续断皂苷 VI 是大宗中药材川续断的指标性成分，具有抗骨质疏松、抗炎等多种药理活性，还是治疗阿尔茨海默病和抑郁症的潜在药物，药用价值极高，但该成分依赖川续断根部提取，受栽培周期长、天然资源有限、化学提取难度大等限制了其医药研发和产业化应用；异源生物合成是高效生产该天然活性产物的重要策略，然而，川续断中有关川续断皂苷Ⅵ生物合成的许多关键酶的鉴定与催化机制研究仍是空白，此前研究也仅筛选出候选基因未开展功能验证、未明确核心酶作用机制，这成为其合成生物学开发的关键瓶颈。

Fig. 1. Spatial distribution of asperosaponin VI in different tissues of two genotypes of D. asperoides (Da_H and Da_L).

研究团队首先筛选获得两个川续断皂苷 VI 含量差异显著的川续断品种（高含量 Da_H、低含量 Da_L），通过 HPLC 检测发现川续断皂苷 VI 主要在根部积累，Da_H 根部川续断皂苷Ⅵ含量可达172.2 mg/g DW，是 Da_L（15.43 mg/g DW）的 10 倍以上。随后测定了 Da_H 和 Da_L 四个组织的转录组测序数据。

Fig. 2 Functional identification of DaOSCs in D. asperoides.

从川续断的转录组数据中共鉴定了7个2,3-氧化鲨烯环化酶（OSC)。通过酵母异源表达体系验证，首次鉴定出川续断中两个β-香树素合酶(DaOSC2 和 DaOSC5)，二者能催化2,3 -氧化角鲨烯环化生成β-香树脂醇（川续断皂苷 VI 生物合成的关键前体），同时还能合成微量的α-香树素。

Fig. 4 Characterization of triterpenoid saponin C-23 oxidase from D. asperoides.

Fig. 5 Molecular docking and mutagenesis assay of DaCYP714E29 from D. asperoides.

经酵母异源表达和功能验证，首次鉴定出两个忍冬科催化齐墩果酸 C-23 位氧化的细胞色素 P450 酶（DaCYP714E29和DaCYP714E30），主要产物为常春藤皂苷元。通过对DaCYP714E29 活性口袋中齐墩果酸 C-23 位附近的 5 个氨基酸残基开展突变分析。除 N322A 外，其余四个残基是该酶行使催化的关键位点。

Fig. 6 Functional characterization of D. asperoides UDP-glycosyltransferases after heterologous expression.

本研究对 DaUGT033（命名为 DaUGT85J2）进行功能鉴定，证实 DaUGT85J2 可催化常春藤皂苷元生成葳岩仙皂苷 A，其以 UDP-Ara 为主要糖供体且对多种三萜类底物有催化活性，通过分子对接和定点突变实验，明确 L18、H380、H405 和 S361 对其催化活性至关重要。

Fig. 8 The expression of DaOSC2, DaOSC5, DaCYP714E29, DaCYP714E30, DaUGT85J2 in various tissues of the Da_H and Da_L genotypes.

本研究采用实时荧光定量 PCR（q-PCR），证实了5 个参与川续断皂苷 VI 合成的基因在 Da_H 的根和叶中表达水平均显著高于 Da_L，这种基因表达的特异性与川续断皂苷 VI 在 Da_H 和 Da_L 中的积累特征有关。

本研究首次系统鉴定出川续断皂苷 VI 合成的 5 个关键基因，丰富了三萜合成酶资源。研究明确了两个关键酶的催化位点与分子机制，为酶改造和分子育种提供了依据与靶点。同时，这些关键基因为川续断皂苷 VI 的异源合成与工业化生产奠定基础，也为同类天然产物研究提供了参考。

云南农业大学杨润博士和付昌昊硕士为论文共同第一作者，和四梅副教授、杨生超教授、张广辉教授和梁艳丽教授为论文共同通讯作者。该研究得到了云南省 “兴滇英才支持计划”（No. XDYC-CYCX-2022-0032）和云南省特色植物提取实验室(2022YKZY001）等项目资助。

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