303-45-7 / 棉酚生物合成途徑研究獲進(jìn)展

近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所陳曉亞研究組的科研論文：《棉酚生物合成途徑解析》（Characterization of gossypol biosynthetic pathway）。該研究分離鑒定了棉酚生物合成途徑中4個(gè)新的酶基因，并從基因組水平上解釋了錦葵目植物中棉酚生物合成途徑演化的基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)了中間產(chǎn)物的生理活性及其調(diào)控機(jī)制。

棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物，棉纖維是紡織工業(yè)主要的天然原料，深受廣大消費(fèi)者歡迎。棉纖維（皮棉）約占籽棉重量的40%，軋花后留下的棉籽含有豐富的蛋白質(zhì)和油脂，是棉花生產(chǎn)的重要副產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)工業(yè)精煉提取的棉籽油是重要的食用植物油之一，棉籽蛋白、棉粕、棉籽殼則是飼料、食用菌培養(yǎng)基的重要原料。棉酚是一種次生代謝產(chǎn)物，在地上部分的腺體和根的表皮層中大量積累，具有保護(hù)植物抵御病菌侵染和蟲、鼠取食的功能，但棉籽中高含量的棉酚也限制了其作為重要油料和飼料原料的廣泛應(yīng)用。我國(guó)年產(chǎn)棉籽約600萬(wàn)噸，含約150萬(wàn)噸棉籽蛋白，100萬(wàn)噸棉籽油，然而，這一寶貴資源至今未得到充分利用。棉籽的擴(kuò)大利用和開(kāi)發(fā)是棉花生產(chǎn)增效增收的一項(xiàng)主要來(lái)源。

陳曉亞領(lǐng)導(dǎo)研究組自1994年以來(lái)一直致力于棉酚生物合成途徑研究，包括酶基因克隆、代謝調(diào)控機(jī)制、抗病/抗蟲新技術(shù)等方面，創(chuàng)制了種子特異低酚轉(zhuǎn)基因棉花材料，發(fā)明并優(yōu)化了植物介導(dǎo)的RNA干擾抗蟲技術(shù)，取得了一系列具有國(guó)際影響力的科研成果。棉酚是倍半萜醛衍生物，基本骨架是(+)-δ-杜松烯。研究組先后克隆鑒定了棉酚生物合成上游途徑三步連續(xù)反應(yīng)，但之后的反應(yīng)步驟尚不清楚。該研究通過(guò)RNA-seq篩選在有腺體棉和無(wú)腺體棉差異表達(dá)的基因，結(jié)合VIGS和代謝產(chǎn)物分析，先后分離了P450單加氧酶CYP82D113、CYP71BE79、雙加氧酶2-ODD1 以及醇脫氫酶DH1，通過(guò)體外酶活反應(yīng)和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)鑒定，確定了這些酶的功能，從而將棉酚的生物合成途徑朝前推進(jìn)了四個(gè)反應(yīng)步驟，為全面解析棉酚生物合成途徑奠定了基礎(chǔ)。研究組還獲得了數(shù)個(gè)棉酚途徑中間體，均為新發(fā)現(xiàn)的化合物，其中一些具有顯著的生理活性，為天然產(chǎn)物的研發(fā)提供了新平臺(tái)。

研究組研究生及工作人員田秀、阮菊新、黃金泉和楊長(zhǎng)青等為本工作的完成做出了重要貢獻(xiàn)，部分工作與浙江大學(xué)教授張?zhí)煺婧献鏖_(kāi)展。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院、科技部和農(nóng)業(yè)部項(xiàng)目的資助。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院