北京中医药大学中药现代研究中心团队在揭示名贵濒危中药材沉香形成机制方面取得重要进展

名贵濒危中药材资源的可持续发展是中药产业亟待解决的关键科学问题。沉香是瑞香科植物白木香Aquilaria sinensis（Lourl.）Gilg受到侵害后缓慢形成的含树脂木材，具有行气止痛、温中止呕、纳气平喘的功效，为名贵中药材和香料。因其独特的香味，位居“沉檀龙麝”四大名香之首，优质沉香每克价格高达数千元，享有“木中钻石”之美誉。白木香是我国沉香药材的唯一植物来源，为我国特有的珍稀名贵药用植物。由于白木香自然繁殖率低，加上掠夺式砍伐，森林资源、生态环境遭受严重破坏，野生资源濒于枯竭，已被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约（CITES）》附录Ⅱ和我国二级保护植物。自然条件下，白木香结香主要是虫蛀、真菌感染、外部伤害等因素造成的防御反应，其结香缓慢，几率很低，产香者“百无一二”，因此，沉香的资源已成为相关产业发展的瓶颈。阐明沉香的形成机制，并对其结香过程进行干预调控，是突破当前人工结香技术局限、彻底解决沉香资源问题的核心。

沉香的形成实质上是防御性次生代谢产物苯乙基色酮类和倍半萜类成分在体内缓慢合成累积的过程。其中苯乙基色酮类成分是沉香的特有成分，也是其功效和独特香味的主要物质。我校中药现代研究中心团队与日本富山大学、东京大学学者合作，破解了苯乙基色酮的生物合成机制，构建了利用白木香悬浮细胞快速合成结构多样的苯乙基色酮的生物合成体系；克隆鉴定了合成苯乙基色酮的关键酶PECPS, 通过将PECPS在本氏烟中瞬时表达、在白木香愈伤组织中敲低表达等实验，证明PECPS的体内生物学功能；制备并解析了PECPS及其4个关键突变体蛋白的晶体结构，阐明了PECPS独特的催化机制。研究结果突破了利用合成生物学手段组合合成沉香苯乙基色酮类成分和精准调控白木香结香的关键科学问题。

相关研究结果以“Identification of a diarylpentanoid-producing polyketide synthase revealing an unusual biosynthetic pathway of 2-(2-phenylethyl)chromones in agarwood”为题在线发表于自然指数期刊Nature Communications（https://www.nature.com/articles/s41467-022-27971-z）。北京中医药大学王晓晖、高博文博士及日本富山大学Yu Nakashima博士为本论文共同第一作者，北京中医药大学史社坡、屠鹏飞教授，日本富山大学Hiroyuki Morita教授为论文共同通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划（2019YFC1711008）和国家自然科学基金面上项目（81773842）等项目的资助。‬

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来源 | 中药学院