SCLS | 陳曉亞團隊發現Gamma-seliene合酶催化雷公藤屬二氫沉香呋喃型倍半萜生物堿起始生物合成

近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心陳曉亞教授團隊在Science China Life Sciences發表了題為Gamma-selinene synthase catalyzes the first step of dihydroagarofuran sesquiterpene alkaloids biosynthesis inTripterygium的研究論文。該研究鑒定了雷公藤屬植物中催化二氫沉香呋喃型倍半萜生物堿（DASAs）生物合成的關鍵酶，gamma-selinene 合酶（TwTPS5）。通過 CRISPR/Cas9 敲除 TwTPS5，雷公藤植株中 DASAs 水平顯著下降，而主要藥效成分（如雷公藤甲素、雷公藤紅素）的含量同步提升，成功獲得毒性降低、藥用價值更高的雷公藤新材料，為其安全利用與品種改良提供了新的思路。

雷公藤屬（Tripterygium）植物在醫藥與農業領域中具有悠久的應用歷史，可用于防治害蟲和治療多種疾病。雷公藤（T. wilfordii），以中國神話中雷公命名，寓意其強大的藥理活性與毒性，因其顯著的免疫調節、抗炎和抗癌活性而受到全球研究者的廣泛關注。然而，雷公藤提取物毒性較大，有嚴重不良反應乃至致死的報道，嚴重限制了臨床應用。為降低其毒性，目前主要使用炮制、配伍及劑量控制等預處理策略，但這些方法的效果有限。

研究表明，雷公藤屬植物富含多種類型的天然產物，有超過500多種化合物被鑒定，包括二萜，三萜和二氫沉香呋喃型倍半萜生物堿（DASAs）等。二萜與三萜化合物是雷公藤主要的藥效成分。相比之下，DASAs（如雷公藤吉堿）則具有顯著的殺蟲活性。雷公藤毒副作用明顯，傳統的加工減毒策略難以從源頭解決問題。基因編輯技術的發展為實現雷公藤精準減毒提供了新的技術途徑。

該研究整合了衛矛科四種植物——雷公藤、昆明山海棠（T. hypoglaucum）、苦皮藤（Celastrus angulatus）和衛矛（Euonymus alatus）的多組學數據，鑒定出一類在衛矛科內高度保守的 gamma-selinene 合酶。進一步利用CRISPR/Cas9 技術定向敲除雷公藤TwTPS5基因，植株中DASAs的含量大幅降低，從功能上驗證了該酶在DASAs生物合成起始步驟中的關鍵作用。同時，主藥效萜類化合物（如雷公藤甲素）的含量有所提升，獲得了毒性成分降低而藥用價值增強的雷公藤新材料，為雷公藤的安全化利用和分子育種提供了新的種質資源。

敲除TwTPS5阻斷了DASA生物合成并提高了主藥效萜類化合物的含量

該研究的第一作者為中國科學院分子植物科學卓越創新中心在讀博士研究生劉鑫月和李宇飛，中科院昆明植物研究所方欣研究員和分子植物科學卓越創新中心陳曉亞院士為共同通訊作者，本研究得到國家重點研發計劃、云南省振興人才支持計劃以及國家自然科學基金的資助。

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