近日，东北林业大学生命科学学院徐志超教授团队联合成都中医药大学陈士林院士团队等在国际TOP学术期刊Science子刊Science Advances上发表了题为“小檗碱生物合成的趋同进化”的研究论文。研究基于本草基因组学研究体系，团队在濒危药用植物黄檗（树皮入药，关黄柏）中发现了一条全新的、不同于传统认知的小檗碱生物合成途径，并深入解析了其背后的分子机制。
研究团队阐明了关黄柏小檗碱生物合成的6个酶学步骤，创新发现催化N-甲基化的O-甲基转移酶（NOMT）以及行使小檗碱桥酶活性的细胞色素氧化酶CYP71BG29（如下图）。在此基础上，解析了PaNOMT9晶体结构，与已报道的Tf6OMT蛋白结构相比，PaNOMT9与底物的结合构象差异使底物的NH基团相对更靠近SAM供体，导致N-甲基化活性。进一步通过基因溯源，发现PaCYP71BG29起源于植物褪黑素合成途径基因，由基因复制及位点正选择等驱动了基因的新功能化。为“基因组演化驱动天然产物代谢多样性形成”理论提供新的范例，为小檗碱的生物合成工程提供了理论基础。
O-甲基转移酶催化N-甲基化活性的酶学机制
东北林业大学为第一完成单位，生命科学学院徐志超教授为该论文的第一及通讯作者，博士生田亚、王婧为该论文的共同第一作者。成都中医药大学陈士林院士、中国中医科学院中药研究所孙伟研究员、高冉冉副研究员、中国医学科学院药用植物研究所刘海涛研究员为该论文的共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金区域联合重点、国家自然科学基金面上等项目支持。
近年来，徐志超课题组以芸香科黄檗（Xu et al., Science Advances, 2024）、防己科千金藤属（Leng et al., Nature Communications, 2024）、防己科北豆根（An et al., Advanced Science, 2024）、罂粟科毛黄堇（Xu et al., Plant Journal, 2022）等物种为研究对象，在苄基异喹啉类生物碱的结构多样性、代谢合成、起源进化及抗病毒活性等方面取得进展。此外，团队受邀在天然产物研究领域国际顶级期刊Natural Product Reports（2024）系统综述苄基异喹啉类生物碱结构多样性、生物合成起源与进化研究进展。
https://doi.org/10.1126/sciadv.ads3596
来源：东北林业大学
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