SCLS | 陈晓亚团队发现Gamma-seliene合酶催化雷公藤属二氢沉香呋喃型倍半萜生物碱起始生物合成

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚教授团队在Science China Life Sciences发表了题为Gamma-selinene synthase catalyzes the first step of dihydroagarofuran sesquiterpene alkaloids biosynthesis inTripterygium的研究论文。该研究鉴定了雷公藤属植物中催化二氢沉香呋喃型倍半萜生物碱（DASAs）生物合成的关键酶，gamma-selinene 合酶（TwTPS5）。通过 CRISPR/Cas9 敲除 TwTPS5，雷公藤植株中 DASAs 水平显著下降，而主要药效成分（如雷公藤甲素、雷公藤红素）的含量同步提升，成功获得毒性降低、药用价值更高的雷公藤新材料，为其安全利用与品种改良提供了新的思路。

雷公藤属（Tripterygium）植物在医药与农业领域中具有悠久的应用历史，可用于防治害虫和治疗多种疾病。雷公藤（T. wilfordii），以中国神话中雷公命名，寓意其强大的药理活性与毒性，因其显著的免疫调节、抗炎和抗癌活性而受到全球研究者的广泛关注。然而，雷公藤提取物毒性较大，有严重不良反应乃至致死的报道，严重限制了临床应用。为降低其毒性，目前主要使用炮制、配伍及剂量控制等预处理策略，但这些方法的效果有限。

研究表明，雷公藤属植物富含多种类型的天然产物，有超过500多种化合物被鉴定，包括二萜，三萜和二氢沉香呋喃型倍半萜生物碱（DASAs）等。二萜与三萜化合物是雷公藤主要的药效成分。相比之下，DASAs（如雷公藤吉碱）则具有显著的杀虫活性。雷公藤毒副作用明显，传统的加工减毒策略难以从源头解决问题。基因编辑技术的发展为实现雷公藤精准减毒提供了新的技术途径。

该研究整合了卫矛科四种植物——雷公藤、昆明山海棠（T. hypoglaucum）、苦皮藤（Celastrus angulatus）和卫矛（Euonymus alatus）的多组学数据，鉴定出一类在卫矛科内高度保守的 gamma-selinene 合酶。进一步利用CRISPR/Cas9 技术定向敲除雷公藤TwTPS5基因，植株中DASAs的含量大幅降低，从功能上验证了该酶在DASAs生物合成起始步骤中的关键作用。同时，主药效萜类化合物（如雷公藤甲素）的含量有所提升，获得了毒性成分降低而药用价值增强的雷公藤新材料，为雷公藤的安全化利用和分子育种提供了新的种质资源。

敲除TwTPS5阻断了DASA生物合成并提高了主药效萜类化合物的含量

该研究的第一作者为中国科学院分子植物科学卓越创新中心在读博士研究生刘鑫月和李宇飞，中科院昆明植物研究所方欣研究员和分子植物科学卓越创新中心陈晓亚院士为共同通讯作者，本研究得到国家重点研发计划、云南省振兴人才支持计划以及国家自然科学基金的资助。

https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3121-9