科技日报记者 刘园园
记者10月24日获悉，西湖大学理学院特聘研究员洪本科实验室首次完整揭示了植物“化学武器”——鱼藤酮的生物合成路径，并成功实现鱼藤酮的从头合成。相关研究结果日前在线发表于《自然·合成》期刊。
鱼藤酮的应用可追溯至2000多年前，那时南美原住民将豆科植物根茎捣碎投入水中用于捕鱼。1895年科学家从豆科植物中分离出活性成分鱼藤酮。作为植物的“化学武器”，鱼藤酮是人类最早使用的天然杀虫剂之一，至今仍被广泛作为绿色农药使用。
“鱼藤酮的作用机制很简单，即阻断昆虫或鱼类细胞中线粒体的能量供应，相当于对生物活动‘拉闸断电’。”但洪本科说，鱼藤酮分子的化学结构很复杂，拥有独特的闭合骨架，被称作B/C环。这是鱼藤酮分子具有强生物活性的关键所在。科学家早已知道B/C环的存在，却一直不清楚植物是如何在体内“制造”它的。
为了破解这个奥秘，洪本科团队以能够天然合成鱼藤酮的紫穗槐和非洲灰毛豆为研究对象。
生物体内的化学反应，几乎都由基因提供“指令”，酶来执行，进而反应生成各种代谢产物。研究团队利用代谢组学与转录组学技术，经多轮筛选验证，从数千个基因中确定14个相关基因。它们是让初级代谢物一步步合成鱼藤酮的关键。研究的核心突破在于破解鱼藤酮关键B/C环的合成机制。团队意外发现，Af2ODD酶是环化反应的核心，它正是实现鱼藤酮分子环化的幕后推手。
“更令人意外的是，维生素C（抗坏血酸）竟然是反应的关键‘开关’。”研究团队成员、论文第一作者曹文颖介绍，实验显示，去掉维生素C，Af2ODD酶仅表现氧化酶特性；重新加入后，可同时完成氧化与还原反应，生成B/C环。这种维生素C依赖的氧化还原中性环化机制，在植物中极为罕见。
利用相关发现，研究团队将总共17个基因导入本氏烟草，实现了鱼藤酮异源从头合成。“植物的化学合成路径，大自然早已经把它设定好了，只需要我们把它挖掘出来。”洪本科说。
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