西安植物园在药用植物华细辛细辛脂素和马兜铃酸合成代谢研究中取得进展

　　中药材华细辛别名大药、马蹄香，具有解表散寒、祛风止痛、通窍的功效，用于治疗风寒感冒、头痛、牙痛、鼻塞流涕等症状。华细辛为正品，是马兜铃科细辛属植物华细辛(Asarum sieboldii Miq.)的全草。华细辛中含有大量有效成分包括挥发油、酰胺和木脂素，如甲基丁香酚、榄香素、柠檬烯、细辛脂素、芝麻素和香芹酮等。其中细辛脂素是具有治疗癌症、保护心脏等药理作用，也是《中华人民共和国药典》中列入的细辛质量控制的指标成分。在细辛脂素的合成途径研究中发现，细辛脂素和甲基丁香酚拥有共同的前体物质松柏醇，是通过苯丙烷生物合成途径衍生合成的，但其中特异催化合成细辛脂素的关键酶基因仍未发现，下游起关键催化作用的CYP基因尚待发现。另一方面，马兜铃科植物中含有的马兜铃酸(AAs)被认为是一种致癌物质。虽然传统中药中利用炮制处理能够降低其毒性，但研究者更寄希望于利用基因工程技术获得不含或低水平马兜铃酸的细辛种质。这就需要通过高通量测序及生物信息学等方法阐明马兜铃酸的合成途径及其关键酶基因。

　　进一步通过转录本表达量结合KEGG数据库推测细辛脂素和马兜铃酸合成的代谢途径，发现共有97条转录本编码细辛脂素合成途径中的14个酶基因，其中咖啡酸-3-O-甲基转移酶(AsCOMT)、双功能异构酶(AsEPI)、以及催化松柏醇合成芝麻素的33条AsCYP81Q亚家族转录本均为首次报道。关于马兜铃酸的生源合成途径报道不多，结合文献与本次测序数据，推测了马兜铃酸合成骨架。其中，酪氨酸酶(AsTYR)、酪氨酸脱羧酶(AsTYDC)、(S)-去甲紫杉碱合酶(AsNCS)、(S)-去甲紫杉碱-6-O-甲基转移酶(AsNOMT)、(S)-去甲紫杉碱-N-甲基转移酶(AsCNMT)以及AsCYP80B1亚家族基因参与马兜铃酸的生源合成。这些基因的发现，初步绘制了细辛脂素和马兜铃酸的合成通路，为进一步转录调控及基因编辑提供重要线索，也为华细辛分子育种及种质改良提供理论依据。

　　该成果以Full-length transcriptome analysis and identification of genes involved in asarinin and aristolochic acid biosynthesis in medicinal plant Asarum sieboldii为题发表于国际期刊Genome。本项目受国家自然科学基金(31800554、31800259)、陕西省科学院青年联合创新专项(2017k-12)的资助;课题组陈尘副研究员为第一作者，柏国清副研究员为通讯作者，西安交通大学医学部药学院周涛老师参与本项工作。

　　论文链接：https://cdnsciencepub.com/doi/full/10.1139/gen-2020-0095