中国药科大学在香豆素异戊烯化修饰方面取得进展
白芷（Angelica dahurica）为伞形科（Apiaceae）当归属（Angelica L）多年生高大草本，其干燥根为传统中药材，具有祛病除湿，活血止痛等功效。其中，欧前胡素与异欧前胡素为主要药效成分，关于其药理作用方面研究较为深入，但在生物合成方面却少有报道。
近日，中国药科大学赵玉成/卞筱泓/夏元铮研究团队在Industrial Crops & Products杂志发表了题为“Three carbon-/oxygen-prenyltransferases responsible for furanocoumarin synthesis in Angelica dahurica”的研究论文，该研究通过公共转录组挖掘，生物信息学分析，体外功能验证等方法成功克隆并表征其生物合成过程中的关键酶——异戊烯基转移酶，为香豆素异戊烯化修饰提供了新的见解。
研究团队首先根据欧前胡素与异欧前胡素的化学结构分析，推测其在植物中的生物合成途径（图一）。然后基于白芷转录组分析，通过NCBI以及本地blast等线上软件分析成功筛选了功能注释为异戊烯基转移酶的候选序列，分别构建到原核表达载体pETDUET上进行异源表达，通过液相及质谱确认，成功筛选了两种异戊烯基转移酶，一种识别底物伞形酮生成去甲基软木花椒素（C-异戊烯化），另一种识别底物花椒毒酚生成欧前胡素（O-异戊烯化）（图二）。
推测欧前胡素与异欧前胡素生物合成途径。
图一 推测欧前胡素与异欧前胡素生物合成途径。
转录组分析以及体外功能验证
图二 转录组分析以及体外功能验证
通过收集目前已经报道的不同科属中的异戊烯基转移酶序列进行进化树分析，发现不同科中的PTs均共聚到自己所属的科中，本研究所筛的三条序列均定位在伞形科的C-PT分支中（图三）。
进化树分析
图三 进化树分析
为了更好的了解白芷中异戊烯基转移酶可能的催化机制，作者通过Alphafold2预测蛋白结构，运用AutoDook进行分子对接，结合定点突变实验证明镁离子与天冬氨酸富集区对该催化作用起到关键作用。天冬氨酸富集区中氨基酸残基D305、D301、D173以及D169的支链末端羧基的氧呈负电状态，吸引带正电荷的镁离子。同时DMAPP末端也以焦磷酸基团在静电作用下靠近镁离子。在天冬氨酸支链羧酸，DMAPP焦磷酸以及镁离子的共同作用下，天冬氨酸通过镁离子介导以静电作用吸引并固定DMAPP，促进催化反应的发生（图四，图五）。
白芷中异戊烯基转移酶的结构预测
图四 白芷中异戊烯基转移酶的结构预测
分子对接及定点突变图
图五 分子对接及定点突变图
