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《昆明植物所在香茶菜属植物杂二萜的发现与仿生合成研究中取得新进展》

  • 来源专题：生物育种
  • 编译者： 姜丽华
  • 发布时间：2023-05-11

  • 环丁烷作为重要的结构单元广泛存在于众多天然产物中，如萜类、黄酮、甾体和生物碱。含有环丁烷片段的天然产物不仅具有独特的结构，同时具有多样的生物活性，引起了广泛关注。近十余年来，中国科学院昆明植物研究所普诺·白玛丹增专题组在对香茶菜属植物帚状香茶菜（Isodon scoparius）的研究中，先后发现了15个含有环丁烷片段的杂二萜分子：scopariusic acid（Org. Lett. 2013, 15, 4446），scopariusicides A–M（Org. Lett. 2015, 17, 6062；Tetrahedron Lett. 2021, 73, 153133；Bioorg. Chem. 2022, 127, 105973）和(-)-isoscopariusin A（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 12859）。

      近期，专题组对该种植物中所发现的两个具有6/6/4骨架杂二萜(+)-isoscopariusins B（1）和C（2）开展了合成研究。其中，化合物1是(-)-isoscopariusin A的非对映异构体，而化合物2为C-8'羧酸取代的杂二萜（图1）。化合物1和2的构型确证存在一定的挑战，且天然含量较低也限制了对其开展生物活性研究。为解决以上问题，对化合物1和2开展了仿生合成研究（图2）。关键的合成挑战在于如何高效构建具有四个立体中心的环丁烷中间体。为此，研究人员发展了以简单易得的三取代烯烃5和4-OTBDPS-肉桂酸甲酯3a为底物，成功实现基于路易酸和铱光催化剂协同催化的分子间光化[2+2]环加成反应一步构建复杂的环丁烷中间体6a，并且实现了克级规模制备，其绝对构型通过单晶X-ray衍射得以确证。随后6a经过选择性脱甲酯、Ni催化交叉偶联、氧化、酯化及保护基脱除等化学转化，最终由三取代烯烃5为原料，分别以七步和六步完成了isoscopariusins B和C的仿生合成。该研究工作不仅实现了两个化合物绝对构型的确证，同时也为其后续的生物活性研究奠定了重要的物质基础。

    相关研究成果以Cyclobutane-Containing Meroditerpenoids, (+)-Isoscopariusins B and C: Structure Elucidation and Biomimetic Synthesis为题，在有机化学权威期刊Organic Letters以Supplementary Cover Article（图3）形式发表（2023, 25, 2981-2985）。李明祥博士研究生和颜秉超副研究员为论文共同第一作者，普诺·白玛丹增研究员为论文通讯作者。本研究工作得到了NSFC-云南联合基金项目（U2002221）、云南省基础研究重点项目（202201BC070002）、中国科学院2019年度交叉团队-重点实验室合作研究专项“西部之光”项目、国家自然科学基金（22007089）及云南省国家自然科学基金（202001AT070074）的联合资助。

  • 原文来源：http://www.kib.cas.cn/xwzx/kyjz/202305/t20230509_6750974.html
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  • 《昆明植物所在附生植物的景天酸代谢多组学研究中取得新进展》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-02-25
    • 附生植物是热带、亚热带森林生态系统的重要组成部分，对其生物多样性和服务功能的形成与维持、特别是养分贮存和水分保持有重要作用。附生植物中存在C3和景天酸代谢（crassulacean acid metabolism，CAM）等光合类型，其中CAM也是植物高效利用水分的一种策略。兰科是种子植物中物种多样性和生态适应性最为丰富的类群之一，该科70%左右的物种为附生植物，其中附生型CAM植物占所有已知CAM植物的60%左右。在生理上，CAM植物通常表现为夜间气孔打开、固定二氧化碳（CO2），白天气孔关闭、在细胞内释放CO2，从而最大限度的减少蒸腾作用，维持植物水分含量。然而，我们对附生植物CAM光合作用的遗传和分子基础以及不同分子层级间协同调控机制的理解仍存在很大程度的未知。   2月21日，中国科学院昆明植物研究所种质资源库李德铢、朱安丹和杨俊波等团队合作在Plant Communications期刊上发表题为High-quality Cymbidium mannii genome and multifaceted regulation of crassulacean acid metabolism in epiphytes的研究论文。该研究通过解析兰科附生型CAM植物硬叶兰（Cymbidium mannii）的高质量基因组，结合高分辨率的转录组学、蛋白质组学和代谢组学数据，对附生植物CAM光合作用的遗传与分子调控机理进行了解析。   研究人员获得了硬叶兰高质量的基因组（contig N50为22.7 Mb），基因组大小为2.88 Gb（图1），其中82.8%为重复序列，这也是硬叶兰基因组较大的主要原因。重复序列中转座元件（TE）占比较大，其插入时间也与兰属物种的分化时间一致（图2），因此推测TE的爆发可能与兰属物种的快速分化有关。       研究表明，硬叶兰中很多代谢物呈现昼夜节律性振荡的变化模式，特别是CAM相关的代谢产物，如苹果酸、延胡索酸、丙酮酸等，呈现出与C3植物不同的昼夜特征，反映了附生CAM植物代谢物积累的昼夜节律性（图3）。        通过全基因组水平、昼夜多时间点的转录组和蛋白组分析发现，硬叶兰的昼夜节律性产物存在相位偏移（phase shift）的现象（图4），表明其光合代谢类型受到多层次的分子调控。CAM核心基因的表达及转录后调控分析不仅确定了固定碳源的重要候选基因（βCA和PPC），也表明了附生型的硬叶兰与地生型景天科植物伽蓝菜、白景天等类似，利用NADP-ME和PPDK途径进行脱羧反应（图5）。        由于生物钟相关基因和顺式调控元件在调节CAM通路中起着至关重要的作用，该研究还探讨了关键的生物钟基因表达模式并预测了可能的调控元件（图6），为后续更深入的功能验证奠定了基础。        中国科学院昆明植物研究所樊维姝博士和贺正山博士为共同第一作者，李德铢研究员、朱安丹研究员和杨俊波正高级工程师为共同通讯作者。昆明植物所张石宝研究员、种质资源库、种质保藏中心和分子生物学实验中心等也参与了本项目。该项目得到了中国科学院B类先导专项（XDB31000000）、云南省创新团队（202105AE160012）和国家科技基础资源调查专项（2021FY100200）等项目的资助。
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  • 《抗植物病毒先导化合物研究中取得新进展》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2024-10-29
    •     植物在长期进化过程中，形成了针对害虫和病原微生物的防御体系，探索其化学本质，就有可能发现和研制出靶点更加精准、高效、无毒副作用的先导化合物和新型绿色农药。中国科学院昆明植物研究所郝小江研究员带领的研究团队，20余年来，一直从事具有化学防御功能的植物天然产物的发现及其作用机制研究。     孕甾烷C21甾体是该专题组首次发现的抗烟草花叶病毒(TMV)先导化合物(PNAS,2007,104 (19),8083–8088)。然而，孕甾烷C21甾体的结构修饰以及修饰后化合物的结构-活性关系(SAR)及作用机制尚未得到评估。为此，该研究设计并合成了一系列glaucogenin A和C衍生物。活性测定显示，大多数新设计的衍生物其抗病毒活性以钝化为主，其钝化活性显著优于一线农药宁南霉素。SAR分析进一步揭示了3位的取代以及C-5/C-6和C-13/C-18的双键对于维持高抗TMV活性至关重要。此外，这些衍生物不仅降低了TMV外壳蛋白?(TMV-CP)?基因转录和TMV-CP蛋白表达水平，还下调了热休克蛋白NtHsp70-1和NtHsp70-061的表达。随后的分子对接实验表明，衍生物还可与TMV外壳蛋白相互作用，干扰病毒组装。该项研究阐明了孕甾烷C21甾体抗烟草花叶病毒功能是以钝化为主，并可通过多种途径发挥其抗TMV功能。其结果为靶标寻找，以及设计、合成新的候选农药奠定了基础。     目前，研究成果以Design,?Synthesis,?Anti-TMV?Activity,?and?Structure?Activity Relationships?of?Seco-pregnane?C21?Steroids?and?Their?Derivatives为题以封面文章形式发表在Journal of Agriculture and Food Chemistry。专题组毕业的博士生晏英（现为贵州医科大学副教授）以及贵州医科大学的唐攀为共同第一作者，中国科学院昆明植物研究所郝小江研究员、邸迎彤研究员、贵州医科大学汤磊教授为共同通讯作者。
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