中科院科學家研究揭示植物三萜代謝物多樣性形成的催化機制

植物合成結構各異的20多萬種代謝產物，其中萜類代謝物多達2萬種以上。這些代謝物不僅在植物生長發育及環境適應性方面具有重要的作用，很多三萜類代謝物還是中藥的主要有效活性成分，有著極高的應用價值。在植物合成三萜代謝物的過程中，2,3-氧化鯊烯環化酶（OSC）是形成代謝多樣性的關鍵酶，能夠通過催化2,3-氧化鯊烯合成100多種構象和結構各不相同的三萜骨架。但是，OSC如何利用相同的底物產生構象和結構各異的三萜類化合物的機制還不清楚。

中國科學院科學家團隊——植物研究所漆小泉研究組在前期工作中鑒定出粳稻帕克醇合酶（OsPS），該酶能夠合成椅式-船式-椅式構象的四環三萜帕克醇。研究組最近發現，該酶在秈稻的直系同源基因編碼一個新的、多產物OSC——秈稻醇合酶（OsOS）。OsOS能夠合成一種新的椅式-半椅式-椅式構象的五環三萜秈稻醇的主產物及12種不同的三萜類化合物。通過分析比較來自水稻的兩個亞種及其野生近緣種的同源基因及其功能，研究人員發現絕大部分秈稻和野生稻具有OsOS的催化功能，而OsPS是粳稻馴化過程中由其近緣野生稻新產生的單功能三萜環化酶。研究人員利用分子進化分析、蛋白結構模擬、定點突變和催化功能分析，從46個多態性位點中鑒別出3個對產物的構象和結構變化具有重要影響的關鍵氨基酸位點。這些位點的氨基酸殘基通過影響第4個氨基酸殘基（Tyr 257）的空間方向，決定了產物及其構象。

該研究發現了包括秈稻醇在內的多個具有潛在活性的新三萜骨架，揭示了形成船式和椅式三萜骨架的催化機制，為今後利用合成生物學手段創製特定的三萜合酶並生產具有商業價值的三萜類活性化合物奠定了基礎。

該研究成果於3月12日在線發表於國際學術期刊New Phytologist。漆小泉研究組副研究員薛哲勇和博士畢業生譚政委為論文共同第一作者，漆小泉和英國John Innes Centre教授Anne Osbourn為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目、國家留學基金、英國生物技術和生物科學研究委員會（BBSRC）的共同資助。

2,3-氧化鯊烯環化酶（OSC）的3個關鍵位點的氨基酸殘基通過改變Tyr 257方向決定產物的構象及結構

（來源：中國科學院）

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