CGM第521期：乌头属植物多功能P450s 驱动的二萜类化合物发散性生物合成

毛茛科乌头属植物（Aconitum spp.）是重要的药用植物资源，其活性成分以二萜生物碱（DAs）为主，具有显著的药理活性，但其复杂的生物合成元件尚不明确，尤其是细胞色素 P450 单加氧酶（CYPs）在氧化修饰中的作用。研究选取来自乌头属的两种植物乌头和黄花乌头作为研究对象，结合转录组与合成生物学技术，系统研究两种乌头属植物中的 DAs 前体即二萜类化合物的合成与修饰，为 DAs 的前体生物合成路径优化及应用提供理论支持。

研究首先通过转录组测序与生物信息学分析，从两种乌头属植物中筛选出26个候选萜类合酶（TPS）基因，通过烟草瞬时表达体系验证了其中9个二萜合酶（DiTPS）的功能，发现它们形成乌头属特有进化分支，可能驱动了二萜骨架多样性。进一步鉴定出14个功能性细胞色素P450酶（P450s），可对ent-贝壳杉烯和ent-阿替生烯骨架进行区域选择性氧化，生成25种二萜类化合物（含14种新结构），构建了复杂的级联催化网络。后续为阐明 P450s 催化选择性的分子基础，以AcoCYP93A1为模型，揭示了关键残基对催化选择性的调控机制。通过模块化组合生物合成策略，在烟草中成功异源合成了关附二萜甲和抗HIV活性化合物雷公藤福定。部分衍生物还表现出化感活性，为天然植物生长调节剂开发提供了新思路。

该研究重点阐明了乌头属植物中 CYPs 在二萜类化合物生物合成中的重要作用，通过对 P450s 的功能分化机制的深入理解，有望开发出具有特定催化活性的新型酶，为天然产物的合成生物学研究提供理论支持和技术基础。此外，这些功能性CYPs 的发现也为开发新型药物或高附加值天然产物提供了潜在的酶工具。