近日，学院丁伟教授团队在生物学中科院1区TOP期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF=10.5）发表研究论文《A comprehensive multiomics approach illuminates the biosynthetic mechanism of scoparone in Artemisia capillaris》，解析了植物源香豆素类杀螨剂-滨蒿内酯的生物合成新机制，阐明了关键限速酶茵陈蒿甲基转移酶（AcOMT1）催化滨蒿内酯高效生物合成的分子机制，为合成生物学定向生物制造天然香豆素类杀螨活性成分提供了新策略，为推动植物源农药产业化发展提供了理论支撑。学校为该论文成果的第一完成单位，博士生郭富友为论文第一作者，周红副教授和四川省烟草公司攀枝花市公司闫芳芳为论文共同第一作者，丁伟教授为该论文通讯作者。
香豆素类化合物作为一类重要的植物次生代谢产物，因其显著的生物活性而被广泛应用于农业病虫害的绿色管理。滨蒿内酯作为一种典型的香豆素类化合物，具有抗哮喘、降血脂和抗肿瘤等多种药理活性，同时兼具多种农业活性，尤其在农业害螨的防控上效果较好。然而，天然的滨蒿内酯主要依赖于从茵陈蒿中提取，但是，茵陈蒿生长周期长和自然产量低。因此，开发一种可持续的滨蒿内酯生物合成方法成为当务之急。针对滨蒿内酯完整生物合成途径不清晰的难题，特别是其甲基化形成过程，首先，研究团队通过代谢组学，揭示了滨蒿内酯在茵陈蒿不同组织部位的积累规律；随后，借助转录组学分析，利用加权基因共表达网络（WGCNA）和基因共表达以及差异基因分析，从茵陈蒿的转录组数据中筛选出与滨蒿内酯合成相关的关键基因；进一步，利用体外酶活测定等手段最终鉴定到了一个限速酶AcOMT1，其能够特异性催化东莨菪内酯甲基化合成滨蒿内酯；此外，通过AlphaFold2和分子对接及动力学模拟技术，研究了酶与底物的相互作用，为理解其催化机制和合理设计奠定了基础；最后，以本氏烟作为生物反应器，异源重构了滨蒿内酯的合成路径，成功实现了植物源香豆素类杀螨剂-滨蒿内酯的异源从头高效生产，标志着团队借助合成生物学技术推动了植物源杀螨剂产业发展。该研究成果不仅完整揭示了滨蒿内酯的生物合成途径，更为植物源香豆素类杀螨剂产业化提供了重要的技术支撑；未来还可通过微生物底盘合成生物学策略，绿色高效生产植物源香豆素类杀螨剂。
限速酶茵陈蒿甲基转移酶（AcOMT1）催化滨蒿内酯生物合成机制的模式图
此研究得到四川省烟草公司攀枝花市公司、国家自然科学基金等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70398
供稿：周 红
初审：黄垭飞
复审：牛金志
终审：蒋红波
