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在人類歷史上，天然化合物是發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)藥物、制造香料等化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料。萜類化合物是種類最多，結(jié)構(gòu)最多樣的天然化合物家族之一，具有抗癌、抗氧化、抗炎、抗微生物感染、降血壓、增強(qiáng)機(jī)體免疫、鎮(zhèn)痛等多種生物活性。單萜化合物(C10)，如檸檬醛，芳樟醇，香葉醇，檸檬烯等物質(zhì)，因其具有芳香性、抗病毒、抗菌、抗氧化等生物活性，廣泛用于化工、精香料、醫(yī)藥和生態(tài)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

日前，中國林科院亞熱帶林業(yè)研究所特色林木資源育種與培育研究團(tuán)隊(duì)在《林業(yè)研究》(Forestry Research)在線發(fā)表了題為“Overexpression of 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase?enhances?the?monoterpene?content?in?Litsea?cubeba(LcDXR促進(jìn)山蒼子單萜化合物的合成)”的研究論文。該文篩選鑒定了精油合成途徑關(guān)鍵基因DXR，為揭示樟科精油合成機(jī)制提供理論基礎(chǔ)，為山蒼子定向培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的栽培品種提供科學(xué)依據(jù)。

山蒼子(Litsea cubeba (Lour.) Pers.)，隸屬樟科(Lauraceae)木姜子屬(Litsea)，鮮果皮精油含量高達(dá)到4%-7%，是我國重要的香精香料樹種。山蒼子精油因其具有芳香、抗病毒、殺菌、消炎等豐富的生物活性廣泛應(yīng)用于食品、藥品、作物蟲害防治和高級香料等領(lǐng)域。山蒼子栽培面積21.06萬畝，占全國經(jīng)濟(jì)林總面積的0.04%，我國山蒼子精油年產(chǎn)量14.01萬噸，為世界上最大的生產(chǎn)國和出口國，供不應(yīng)求。

山蒼子精油中的單萜化合物含量高達(dá)98%，因此如何基于生物合成途徑的關(guān)鍵基因提高單萜的產(chǎn)量成為山蒼子分子育種的熱點(diǎn)。脫氧木酮糖磷酸鹽還原異構(gòu)酶(1-deoxy-D-lxylulose?5-phosphate?reductoisomerase, DXR)作為甲基–D–赤蘚醇–4–磷酸途徑(MEP)生物合成途徑中碳流的分支點(diǎn)，是催化MEP途徑第二步的關(guān)鍵限速酶。本研究基于山蒼子基因組鑒定了1個DXR基因。組織特異性表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，LcDXR在根、莖、葉和果實(shí)均有表達(dá)，在果實(shí)發(fā)育前期和中期顯著高表達(dá)，說明LcDXR可能在山蒼子果實(shí)單萜合成中發(fā)揮重要作用。酶活性分析表明，重組LcDXR蛋白以NADPH為輔因子催化DXP。瞬時過表達(dá)LcDXR顯著增加了山蒼子中單萜的含量。進(jìn)一步對過表達(dá)LcDXR煙草進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)包括檸檬烯、α-蒎烯、桉葉油醇、芳樟醇、萜品醇和樟腦在內(nèi)的單萜化合物的產(chǎn)量增加了近5.9倍。同時，LcDXR的過表達(dá)通過串?dāng)_和反饋機(jī)制激活了單萜生物合成的代謝通量。本研究結(jié)果表明，LcDXR是山蒼子和其他植物單萜合成途徑中的關(guān)鍵基因，是創(chuàng)制高含量精油山蒼子的有效靶點(diǎn)。

中國林科院亞熱帶林業(yè)研究所助理研究員趙耘霄為第一作者，中國林科院副院長汪陽東研究員為本文的通訊作者。

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