丹參始載于《神農本草經(jīng)》，為丹參（Savia miltiorrhiza）的干燥根及根莖，藥用歷史悠久，具有祛癖止痛、活血通經(jīng)、涼血消癰的功效，目前國內銷售前十的中成藥中有七種以丹參作為主要原料。丹參的主要活性成分包括脂溶性的丹參酮類化合物和水溶性的酚酸類化合物。丹參酮類化合物具有保護心血管及抗腫瘤等活性，另一方面作為典型的二萜類化合物，其生物合成需經(jīng)歷多步氧化過程，具有大多數(shù)二萜類化合物形成過程的復雜氧化修飾特征，對其他二萜類中藥活性成分的形成及調控研究具有指導意義，因此一直是中國中醫(yī)科學院中藥資源中心的研究重點。

為了明確丹參酮類化合物在丹參中的形成過程及機制，課題組利用分子生物學技術結合合成生物學方法對丹參酮的生物合成進行了系統(tǒng)解析，相繼獲得了丹參酮生物合成途徑的多個關鍵催化酶，相關研究成果發(fā)表在PNAS、JACS、New Phytologist等國際知名學術期刊（圖1），并獲得了中國藥學會科學技術獎一等獎，為丹參的品質提升和定向培育提供指導。最近在前期工作的基礎上，丹參酮生物合成途徑解析又取得了突破進展，解析了丹參酮特征呋喃環(huán)的形成過程，研究成果以“Expansion within the CYP71D subfamily drives the heterocyclization of tanshinones synthesis in Salvia miltiorrhiza”為題發(fā)表在Nature Communications上（DOI：10.1038/s41467-021-20959-1）（圖2）。

圖1 丹參酮生物合成途徑解析

圖2 CYP71Ds催化丹參酮五元呋喃環(huán)形成

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由于缺乏常規(guī)的選育策略以及異花授粉的特性，許多藥用植物的基因組雜合度非常高，難以進行深入的基因組分析。中國中醫(yī)科學院中藥資源中心與中國科學院植物研究所合作構建了自交6代純合的丹參株系，并對其進行了基因組測序，獲得了較好的基因組序列信息。通過深入分析基因組信息，發(fā)現(xiàn)形成丹參酮前體母核的二萜合酶/CYP450基因以gene cluster的方式特異存在于鼠尾草屬植物中。在此基礎上，利用基因擴張和收縮分析，發(fā)現(xiàn)一個在丹參中明顯擴張的CYP71D亞家族，通過共表達分析，鎖定4個候選基因，進行植物體內和體外功能研究。結果表明這些基因中有3個在丹參酮生物合成途徑中發(fā)揮重要作用，其中兩個能夠催化丹參酮特征五元呋喃環(huán)的生成，一個與丹參酮類化合物C20位脫甲基化過程相關。與唇形目植物的共線性分析展示了CYP71D家族如何特異在鼠尾草屬植物中通過基因復制和蛋白質功能進化從而獲得催化雜環(huán)形成的新功能（圖3）。這些研究結果為丹參酮類以及唇形科廣泛分布的松香烷型二萜類化合物的生物合成的起源和進化提供了研究思路。

圖3 丹參酮生物合成途徑基因共線性分析

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中國中醫(yī)科學院中藥資源中心馬瑩博士、崔光紅研究員、陳同博士為本文的共同第一作者，中國中醫(yī)科學院黃璐琦院士、中國科學院植物研究所漆小泉研究員、中藥資源中心崔光紅研究員和郭娟研究員為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃合成生物學重點專項（2020YFA0908000, 2018YFA0900600）、國家自然科學基金（81822046, 81891010）、中央本級重大增減支項目：名貴中藥資源可持續(xù)利用能力建設（2060302）以及中國中醫(yī)科學院優(yōu)秀青年科技人才培養(yǎng)專項等資助。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的中医科学院院士团队解析丹参纯合基因组和新基因簇在丹参酮合成中的作用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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