摘要：环烯醚萜（iridoids）是菊类植物（asterids）中广泛存在的一类单萜类次生代谢产物，具有重要的生态防御功能和药用价值。它们是多种重要生物碱（如抗癌药物长春碱、抗疟疾药物奎宁等）的前体。尽管环烯醚萜的生物合成途径已有较多研究，但其关键步骤——环化反应（

避免错过精彩内容

这篇发表于 Nature Plants的论文《Discovery of iridoid cyclase completes the iridoid pathway in asterids》是一项在植物次生代谢领域具有里程碑意义的研究。

环烯醚萜（iridoids）是菊类植物（asterids）中广泛存在的一类单萜类次生代谢产物，具有重要的生态防御功能和药用价值。它们是多种重要生物碱（如抗癌药物长春碱、抗疟疾药物奎宁等）的前体。尽管环烯醚萜的生物合成途径已有较多研究，但其关键步骤——环化反应（cyclization）的酶学机制一直未被阐明。

本研究通过单细胞核RNA测序（snRNA-seq）、组织特异性共表达分析和异源表达系统，成功鉴定并功能验证了环烯醚萜环化酶（iridoid cyclase, ICYC），该酶属于甲基酯酶家族（MES-type α/β hydrolase），能够催化不稳定的中间体8-氧代香茅醇烯醇（8-oxocitronellyl enol）环化为两种主要立体异构体：

7S-顺反式（7S-cis-trans）和

7R-顺顺式（7R-cis-cis）环烯醚萜醇（nepetalactol）。

结合基因组、转录组、单细胞核RNA-seq，精准定位与已知环烯醚萜途径基因共表达的候选基因。

利用细胞类型特异性表达图谱，揭示环烯醚萜合成在IPAP细胞（内部韧皮部相关薄壁细胞）中的空间组织。

功能验证系统：

在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中重建整个环烯醚萜途径，验证ICYC功能。

通过体外酶活实验和病毒诱导基因沉默（VIGS），确认ICYC对环化反应的必要性。

进化与机制洞察：

ICYC与G8H基因形成保守的基因簇，提示其可能通过基因共定位实现代谢通道（metabolic channeling）。

与荆芥属（Nepeta）中独立进化出的环化酶（如MLPL蛋白）不同，ICYC代表菊类植物中单一起源的环化机制。

本研究不仅在植物天然产物生物合成领域取得了突破性进展，也为后续合成生物学与药物开发提供了重要工具与理论基础。其多学科交叉的研究策略（基因组学、酶学、代谢组学、合成生物学）值得借鉴，是植物代谢工程与天然产物化学结合的典范之作。

原文链接：

来源：科学美匠