2025年4月1日，我室叶敏教授团队与中国农业科学院深圳农业基因组研究所王丽研究员团队合作，在Nat. Commun. 杂志发表题为“Complete biosynthetic pathway of furochromones in Saposhnikovia divaricata and its evolutionary mechanism in Apiaceae plants”的研究论文，解析了药用植物防风中呋喃色原酮的生物合成途径。

呋喃色原酮是一类重要的活性天然产物，广泛分布于伞形科、毛茛科和豆科植物中，具有抗炎、抗病毒、保肝等多种药理活性。例如，升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷是两种代表性呋喃色原酮，也是中药防风的主要活性成分。中国药典规定，防风药材中二者的总含量不得低于干重的0.24%。尽管呋喃色原酮的药理活性已得到广泛研究，但其生物合成机制仍不清楚。目前仅发现芦荟中的一种聚酮合酶可催化色原酮母核的合成，而呋喃环的形成机制以及甲基化、糖基化、羟基化等修饰过程尚未见报道。

图1 防风中呋喃色原酮生物合成途径推测与候选基因挖掘

叶敏及王丽团队针对呋喃色原酮生物合成机制不清的科学问题，以中药防风为研究对象，在理性推测生物合成途径的基础上，通过基因组学、转录组学与代谢组学的关联分析，结合体外功能表征等研究手段，鉴定了防风中参与呋喃色原酮合成的系列关键酶（图1），包括催化色原酮母核合成的聚酮合酶SdPCS和SdPCS2，负责呋喃环形成的异戊烯基转移酶SdPT与SdPT2以及氧化环化酶SdPC，参与结构修饰的羟基化酶SdCH、甲基转移酶SdOMT和糖基转移酶SdUGT1/2，最终完整解析了防风中升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷的生物合成途径。进一步在烟草底盘中重构了防风呋喃色原酮的生物合成途径，实现了升麻素苷、5-O-甲基维斯阿米醇苷及系列中间体的异源合成（图2）。

图2 本氏烟草合成防风主要呋喃色原酮

此外，利用LC/MS技术对防风和另外七种伞形科植物（香菜、芹菜、当归、川芎、胡萝卜、北柴胡、积雪草）不同部位的四种呋喃色原酮进行定量分析，发现防风根部呋喃色原酮的含量远高于其他植物。通过对多种植物的基因组、转录组进行比较分析，结合同源基因功能表征，该研究发现防风中聚酮合酶基因SdPCS在根部的高表达，以及高效环化酶基因SdPC的存在，是防风根部呋喃色原酮含量远高于其他多种伞形科植物的重要原因。

图3 色原酮及其生物合成基因在伞形科植物中的分布

北京大学药学院叶敏教授、中国农业科学院深圳农业基因组研究所王丽研究员为论文共同通讯作者。北京大学2020级长学制学生邹建霖、2021级直博生李鸿晔和中国农业科学院深圳农业基因组研究所博士后聂宝为论文共同第一作者。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58498-8

第一作者简介：

邹建霖，北京大学药学院2020级长学制学生，研究方向为天然产物生物合成，以共同第一作者身份在Nat. Commun.和Org. Biomol. Chem.杂志发表SCI论文两篇。

李鸿晔，北京大学药学院2021级直博生，研究方向为中药药效物质与天然产物生物合成，以共同第一作者身份在Nat. Commun.和Org. Biomol. Chem.杂志发表SCI论文两篇。

通讯作者简介：

叶敏，北京大学药学院院长，教授，博士生导师。主要从事中药药效物质及其生物合成研究，迄今发表SCI论文260篇，总被引10,088次，H-index为55。目前主持国家重点研发计划“合成生物学”重点专项项目及基金委重点项目。