近日，东北林业大学生命科学学院徐志超教授团队联合成都中医药大学陈士林院士团队等在国际TOP学术期刊Science子刊Science Advances上发表了题为“Convergent evolution of berberine biosynthesis”的研究论文。该研究依托于本草基因组学的研究框架，揭示了濒危药用植物黄檗（其树皮作为药材关黄柏使用）中存在的一条全新且不同于传统认知的小檗碱生物合成路径，并深入探讨了这一过程背后的分子机制。
研究人员详细解析了关黄柏中小檗碱生物合成的六个酶促步骤，首次发现了负责催化N-甲基化的O-甲基转移酶（NOMT），以及具有小檗碱桥酶活性的细胞色素氧化酶CYP71BG29。此外，他们还解析了PaNOMT9的晶体结构，发现它与已知的Tf6OMT蛋白相比，底物结合构象的不同使得底物的NH基团更接近SAM供体，从而实现了N-甲基化反应。通过基因溯源分析，研究者们进一步发现PaCYP71BG29来源于植物褪黑素合成途径中的基因，并通过基因复制和位点正选择等机制获得了新的功能。这项工作不仅为“基因组演化驱动天然产物代谢多样性”理论提供了新例证，也为小檗碱的生物合成工程奠定了理论基础。
O-甲基转移酶催化N-甲基化活性的酶学机制
东北林业大学为第一完成单位，生命科学学院徐志超教授为该论文的第一及通讯作者，博士生田亚、王婧为该论文的共同第一作者。成都中医药大学陈士林院士、中国中医科学院中药研究所孙伟研究员、高冉冉副研究员、中国医学科学院药用植物研究所刘海涛研究员为该论文的共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金区域联合重点、国家自然科学基金面上等项目支持。
近年来，徐志超课题组以芸香科黄檗（Xu et al., Science Advances, 2024）、防己科千金藤属（Leng et al., Nature Communications, 2024）、防己科北豆根（An et al., Advanced Science, 2024）、罂粟科毛黄堇（Xu et al., Plant Journal, 2022）等物种为研究对象，探索了这些生物碱的结构多样性、代谢合成、起源进化及其抗病毒活性。此外，该团队还在国际顶尖的天然产物研究期刊《Natural Product Reports》上发表了综述文章，系统总结了苄基异喹啉类生物碱的结构多样性、生物合成起源与进化方面的最新研究成果。
