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国际顶尖植物学期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF=13.263，中科院1区）于2022年10月11日在线发表了上海辰山植物园上海市资源植物功能基因组学重点实验室牡丹组学与种质资源创新研究组在芍药苷生物合成途径解析研究中的题目为“PoDPBT, a BAHD acyltransferase, catalyzes the benzoylation in paeoniflorin biosynthesis in Paeonia ostii” 的最新研究成果。该研究首次报道了参与芍药苷生物合成修饰阶段的氧位苯甲酰基转移酶PoDPBT，该酶可以催化去苯甲酰基芍药苷的苯甲酰化反应，生成单一产物：芍药苷。氧位苯甲酰基转移酶PoDPBT也是芍药苷生物合成途径中第一个被表征（克隆）的修饰酶（基因），是芍药苷生物合成途径解析研究上的一个突破性进展。
芍药苷（Paeoniflorin）是许多中国传统中药的重要组分，长期研究与实践表明芍药苷具有免疫调节、抗抑郁、抗血栓形成、脑缺血性损伤保护及神经细胞保护等功效。芍药苷作为一种独特而具有十分重要药用价值的天然活性产物，是多种常见药物制备中的基础原材料。然而目前芍药苷的生物合成途径尚未得到完整解析，这从本源上限制了利用合成生物学方法大量生产芍药苷。芍药苷也是牡丹与芍药所特有的药用活性成分，因此挖掘和解析芍药苷合成过程中的关键酶基因具有十分重要的科学和生产价值。
模式图：PoDPBT氧位苯甲酰基转移酶（基因）
牡丹组基于BAHD酰基转移酶家族中苯甲酰辅酶A：苯甲醇O-苯甲酰转移酶（BEBT）的功能，预测芍药科植物中应该存在着一个O-苯甲酰基转移酶，它可以催化苯甲酰辅酶A和去苯甲酰基芍药苷来合成芍药苷，并将这种从凤丹牡丹（Paeonia ostii）中鉴定的酶定名为苯甲酰辅酶A：去苯甲酰基芍药苷8-O-苯甲酰基转移酶（benzoyl-CoA: 8-debenzoylpaeoniflorin 8-O-benzoyltransferase,PoDPBT）。本研究采用了我们研究组早期研究开发的凤丹植物芍药苷的叶片研究体系，基于我们研究组的高质量的染色体水平的凤丹基因组，通过对三个发育时期的叶片进行普通转录组测序和有参考基因组的深入数据挖掘分析（图1a），根据基因功能注释，起初基于全基因组水平筛选得到23个O-苯甲酰基转移酶候选基因（图1b）。基于RNA-Seq、qRT-PCR数据与不同时期叶片（图1c）以及不同组织（图1d）中芍药苷含量的相关性，研究人员重点关注了Pos.gene30573基因，并将其命名为PoDPBT。进一步的生物信息学数据分析结果表明PoDPBT同样属于BAHD酰基转移酶家族（图1f），体外酶活实验也证实了它作为一种O-苯甲酰基转移酶（图1g），可以催化去苯甲酰基芍药苷生成单一产物芍药苷（图1i-k）。通过病毒诱导基因沉默体系，研究人员在凤丹叶片中进一步验证了PoDPBT的生物学功能（图1l-n）。
图1. 氧去苯甲酰基转移酶PoDPBT在芍药苷生物合成中功能解析。
芍药科植物天然药用成分鉴定、代谢途径解析及关键功能基因挖掘是上海辰山植物园牡丹组学与种质资源创新研究组近年来的重点研究方向之一，课题组长胡永红教授和袁军辉研究员为本文共同通讯作者，原博士后张晓骁（胡永红教授和陈晓亚研究员联合招生，袁军辉研究员执行指导，现就职于西北农林科技大学）为论文第一作者。项目得到国家自然科学基金、上海市绿化与市容管理局辰山专项和上海市科委等项目的资助。特别感谢中科院分子植物卓越创新中心陈晓亚院士对芍药苷研究工作的大力支持和精心指导。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.13947
本文研究取得突破的要点之一是基于本研究组对芍药苷合成途径的科学预测（详见后附全文链接）；要点之二是采用了辰山牡丹组早期基于资源评价及创新研究创造性提出的芍药苷叶片特色研究体系（详见后附全链接）。
附文章1：牡丹研究组早期2019年12月5日于国际期刊《Scientific Reports》在线发表了题为“New insights into Paeoniaceae used as medicinal plants in China”的研究论文。此项研究系统报道了芍药科植物主要药用成分丹皮酚和芍药苷受干燥方式、植株年龄、组织部位和发育时期的影响，提出了芍药科植物在药用方面的新观点（木质部亦可入药、叶片中具有大量芍药苷的合成（特别是嫩叶中），并针对芍药科野生种质资源的药用开发利用提出了合理建议（全文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-019-54863-y）。
附文章2：牡丹研究组近期2022年9月2于国际植物学期刊《Frontiers in Plant Science》发表了题为Paeoniflorin in Paeoniaceae: Distribution, influencing factors, and biosynthesis的综述论文。文章对芍药苷生物合成的后修饰途径进行了科学预测，并全面总结了芍药苷在芍药科植物中的分布及影响因素，并对芍药苷生物合成途径解析工作进行了展望。（全文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2022.980854）。
（注：张晓骁博士后在辰山牡丹组联合培养博士后期间的主要研究工作，迄今以第一作者已经发表(含接收)了4篇SCI（1篇PBJ，2篇Frontiers in plant sciences, 1篇Scientific Reports）， 并成功申请国家自然基金青年项目1项）
上海辰山植物园牡丹组学与种质资源创新研究组是当前中国牡丹研究的主要生力军，主要研究方向：牡丹基因组学及各类特色性状（花型花色、药用及油用等）的遗传解析与关键基因挖掘、引种驯化与栽培起源研究、传统与分子育种、系统进化发育与保护生物学研究等。诚邀有志于牡丹芍药研究的各类硕士和博士研究生及毕业生，特别是博士后到辰山学习、联合培养或工作（联系人袁老师，yuanjunhui@csnbgsh.cn,长期有效）。
