Nature Communications | 基因组所王丽课题组联合北京大学解析防风呋喃色原酮的完整生物合成途径

近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）王丽课题组联合北京大学药学院叶敏团队在《自然通讯（Nature Communications ）》上发表题为“Complete biosynthetic pathway of furochromones in Saposhnikovia divaricata and its evolutionary mechanism in Apiaceae plants”的研究论文，该研究解析了药用植物防风中重要呋喃色原酮的生物合成途径，在本氏烟草中实现了升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷的从头异源合成，并阐释了防风中呋喃色原酮含量远高于其他多种伞形科植物的原因。该研究为呋喃色原酮的代谢工程的设计和生产铺平了道路，并揭示了伞形科植物中呋喃色原酮生物合成途径的进化机制。

呋喃色原酮（Furochromones）是一类重要的活性天然产物，具有抗炎、抗病毒、保肝、抗癌等多种药理活性。升麻素苷（prim-O-glucosylcimifugin）和5-O-甲基维斯阿米醇苷（5-O-methylvisamminoside）是两种代表性呋喃色原酮，也是中药防风（Saposhnikovia divaricata）的主要活性成分。尽管呋喃色原酮的药理活性已被广泛研究，其生物合成研究尚不深入，呋喃色原酮生物合成途径中呋喃环的形成以及丰富的甲基化、糖基化、羟基化取代等合成途径未见研究。本研究结合防风的高质量基因组、多组织转录组、代谢物含量测定等方法，挖掘并验证了其中的色原酮合成酶（SdPCS）、异戊烯基转移酶（SdPT）、前胡宁环化酶（SdPC）、氧甲基转移酶、羟化酶、糖基转移酶等，从头解析了升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷的生物合成通路，并在烟草体系中实现了这两种物质的从头合成，合成效率分别为3.82 μg/g和17.48 μg/g。

另外，研究发现色原酮类物质在防风中的含量远高于其他伞形科物种。基于多个伞形科物种的基因组和转录组数据，通过比较分析呋喃色原酮生物合成基因在伞形科中的分布和表达量，研究推断，呋喃色原酮骨架形成阶段的关键催化酶基因（初始步骤的色原酮合酶基因 SdPCS 和特征呋喃环形成步骤的前胡宁环化酶基因 SdPC）对于防风中呋喃色原酮的富集起着决定作用。具体而言，防风中的SdPCS是由伞形科中普遍存在的直系同源基因通过近端复制产生的，导致SdPCS在防风中的特异性高表达，从而提高了通路上游产物的通量，引起了下游产物的积累；催化特征呋喃环形成的SdPC在防风中特异性存在，而其他伞形科植物缺少该基因的直系同源基因，同时与该基因属于相同系统发育分支的其他近缘基因也无法催化形成特征呋喃环，这导致其他伞形科物种无法完成前胡宁的环化步骤。这些证据诠释了防风中大量积累呋喃色原酮的遗传机制。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58498-8

北京大学药学院叶敏教授，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）王丽研究员为论文共同通讯作者。北京大学研究生邹建霖、李鸿晔和中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）博士后聂宝为论文共同第一作者。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目的支持。

王丽团队简介

王丽团队主要聚焦于药用植物进化代谢组（evolutionary metabolome）相关的研究，致力于回答以下问题：1）药用植物的起源和进化历程是怎样的？2）药用植物道地性形成的遗传和环境因素是什么？3）植物如何合成有效活性成分？4）活性成分合成通路在植物类群中如何进化？近5年已在Nature Communications (2025, 2024), PNAS (2024), Science Advances (2024), Advanced Science (2023), Molecular Biology and Evolution (2020, 2023) 等国际知名期刊发表论文30余篇。课题组现招聘助理1名，博后1-2名，请感兴趣的朋友联系wangli03@caas.cn。