紫苏（Perilla frutescens）为唇形科紫苏属药食同源植物，也是一种多功能经济作物，近年来在中国、日本、韩国等许多亚洲国家广泛种植。紫苏属植物叶片中含有丰富的萜类物质，根据其主要的单萜成分可分为多种化学型，包括紫苏醛型（PA）、紫苏酮型（PK）、紫苏烯型（PL）、紫苏烯酮型（PT）等，但其单萜生物合成的关键酶基因尚不完全清晰。
2024年9月，Medicinal Plant Biology上发表了广州中医药大学滨州医学院贵州省农业科学院合作完成的题为Analysis of monoterpene biosynthesis and functional TPSs of Perilla frutescens based on transcriptome and metabolome的研究论文。
研究检测了4种不同化学型紫苏的关键代谢物，共鉴定到35种萜类化合物，其中单萜化合物比例显著。进一步的转录组测序研究，分析了不同化学型紫苏萜类化合物生物合成的上游MVA和MEP途径，并探究了TPS基因在挥发性化合物生物合成中的关键作用，阐明了紫苏不同化学型形成的关键差异基因（图1）。
图1 异戊二烯合成途径中不同化学型紫苏叶片中的基因表达
基于全基因组分析，共鉴定到109条PfTPS 基因，通过构建4个化学型紫苏TPS 基因共表达调控网络，鉴定到参与4个化学型中主要的PfTPS 基因，并利用qRT-PCR进行了表达水平验证。最后，利用大肠杆菌异源表达体系和体外酶促反应，对克隆到的4个PfTPS 进行了功能表征，其中，PfTPS46-PL、PfTPS46-PK、PfTPS18-PA和PfTPS49-PA为芳樟醇合酶（图2）；而PfTPS47-PA的主要产物为香茅醇，其次为香叶醇，体外酶促反应只生成香叶醇，表明其为香叶醇合酶。综上所述，本研究在4个不同紫苏化学型中鉴定了单萜合成的关键基因，通过功能表征鉴定到4个芳樟醇合酶和1个香叶醇合酶，为深入研究紫苏的化学型代谢机制奠定了基础。
图2 紫苏4个TPS基因功能验证（A: PfTPS46-PL的异源表达；B: PfTPS46-PL的体外酶促反应；C: PfTPS46-PK、PfTPS18-PA和PfTPS49-PA异源表达；D: PfTPS18-PA体外酶促反应; E: PfTPS47-PA的异源表达；F：PfTPS47-PA体外酶促反应; G: 四种PfTPSs的催化模型。）
贵州省农业科学院（目前单位）杨仕梅、广州中医药大学褚宏叶为该论文的共同第一作者，广州中医药大学沈奇研究员和滨州医学院安天悦博士为共同通讯作者，中国医学科学院药用植物研究所郭宝林教授也参与了该工作。该研究得到国家自然科学基金联合基金重点项目资助。
作者介绍
第一作者：杨仕梅，男，研究实习员，主要从事植物遗传育种研究工作，在Frontiers in Plant Science 等刊物上发表中英文研究论文10余篇，主持全国重点实验室开放课题1项。
通讯作者：沈奇，女，研究员，博士生导师，广州中医药大学杏林青年人才，农业部杰出农业青年科学家。沈奇研究员主要从事药用植物遗传育种与资源开发，围绕紫苏资源评价、基因组解析与遗传育种研究，在Nature Communications、Plant Physiology、Journal of Agricultural and Food Chemistry 和Gene 等刊物发表研究论文60余篇，主持国家自然科学基金项目2项，以第一选育人选育紫苏新品种4项，获得地方标准2项。
通讯作者：安天悦，男，博士，滨州医学院硕士研究生导师，主要从事中药活性成分生物合成途径解析及其合成生物学研究，近五年在Acta Pharmaceutica Sinica B、ACS Catalysis、Journal Agricultural and Food Chemistry 和Microbial Cell Factories 等刊物发表研究论文30余篇，主持中国博士后科学基金面上项目1项、山东省自然科学基金项目1项，申报发明专利8项，授权3项。
https://doi.org/10.48130/mpb-0024-0017
特邀作者：杨仕梅
编辑：顾笑寅
审核：王丽瑶
关于 Medicinal Plant Biology
Medicinal Plant Biology是一本开放获取的期刊，致力于传播药用植物领域的最新研究进展，专注于发表本领域原创研究文章、综述、方法、评论、观点、社论等。期刊主编由中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚院士和John Innes Centre的Cathie Martin院士共同担任。目前期刊已被DOAJ、CABI等数据库收录。
期刊官网：
www.maxapress.com/mpb
投稿链接：
mc03.manuscriptcentral.com/mpb
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