近日，上海辰山植物園趙清研究組在《Medicinal Plant Biology》上發(fā)表題為“Characterization of three flavonol synthases involved in the biosynthesis of 4'-deoxyflavonol inScutellaria baicalensisGeorgi”的研究論文。該研究從黃芩中分離出具有F3H/FLS雙功能活性(以FLS為主)的三種黃酮醇合酶Sb2ODD8、Sb2ODD11和Sb2ODD12，并通過酶動(dòng)力學(xué)分析顯示它們具有不同的底物偏好性。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了黃芩中黃酮醇的生物合成機(jī)制，也為黃酮醇代謝工程的優(yōu)化提供了重要參考。

黃芩(Scutellaria baicalensisGeorgi)是唇形科黃芩屬的多年生草本植物，是一味歷史悠久且應(yīng)用廣泛的中藥材，具有清熱解毒、祛濕化痰、緩解肺熱咳嗽等功效。黃芩的生物活性主要源于其所含的黃酮類化合物，包括黃芩素、黃芩苷、漢黃芩素、漢黃芩苷等活性成分，這些活性成分的生物合成途徑已經(jīng)解析，但黃芩中有關(guān)黃酮醇的生物合成途徑尚不明確。迄今為止負(fù)責(zé)4'-脫氧黃酮醇(高良姜素)生物合成的FLS還未被報(bào)道，這限制了合成生物學(xué)中4'-脫氧黃酮醇的生產(chǎn)。

黃酮醇合成酶(FLS)是一種催化二氫黃酮醇轉(zhuǎn)化為黃酮醇的酶，屬于2-酮戊二酸依賴性雙加氧酶(2ODD)家族中的DOXC47亞家族?；谙惹暗拇x組學(xué)分析，本研究對(duì)黃芩中的Sb2ODDs家族進(jìn)行全基因組分析，鑒定出五個(gè)FLS功能的候選基因。結(jié)合黃芩不同組織轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對(duì)SbFLS基因家族的表達(dá)模式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這五個(gè)Sb2ODD基因主要在花和根中表達(dá)，莖和葉中幾乎不表達(dá)。通過釀酒酵母異源表達(dá)系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了三種黃酮醇合酶(FLS)基因——Sb2ODD8、Sb2ODD11和Sb2ODD12，這些酶同時(shí)具有F3H和FLS雙重活性，可將黃烷酮先轉(zhuǎn)化為二氫黃酮醇，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為黃酮醇。Sb2ODD8、Sb2ODD11和Sb2ODD12三種酶的酶動(dòng)力學(xué)分析顯示其底物偏好性存在顯著差異：Sb2ODD11對(duì)4'-脫氧二氫黃酮醇表現(xiàn)出更強(qiáng)活性，而Sb2ODD8和Sb2ODD12則更傾向于作用于4'-羥基二氫黃酮醇。這些發(fā)現(xiàn)不僅為解析黃芩黃酮醇生物合成機(jī)制提供了重要線索，更為黃酮醇代謝工程生產(chǎn)提供了關(guān)鍵指導(dǎo)。

上海辰山植物園崔孟穎助理研究員和上海辰山植物園趙清研究員為論文的共同通訊作者。上海辰山植物園和四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士生朱三明及上海辰山植物園和鄭州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士生陳秋穎為論文共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、上海市綠化和市容管理局科研專項(xiàng)基金、中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部，以及上海市農(nóng)業(yè)與農(nóng)村事務(wù)委員會(huì)農(nóng)業(yè)科技推廣專項(xiàng)資金的支持。