近日，本草基因组学研究团队/东北林业大学徐志超课题组受邀在天然产物研究领域国际顶级期刊Natural Product Reports在线发表题为“Structural diversity, evolutionary origin, and metabolic engineering of plant specialized benzylisoquinoline alkaloids”的综述论文（https://doi.org/10.1039/D4NP00029C）。该文章系统总结了植物中苄基异喹啉类生物碱类天然产物的结构、分类、分布、生物合成途径、关键酶催化机制、关键酶起源与进化和微生物异源合成等方面的研究进展，并讨论了代谢工程所面临的挑战及解决策略。
植物中苄基异喹啉生物碱的结构多样性、进化起源和代谢工程
苄基异喹啉生物碱（benzylisoquinoline alkaloids, BIAs）是一类由L-酪氨酸衍生的含有苄基异喹啉骨架的植物天然产物，主要存在于木兰类和早期分化的双子叶植物中。BIAs类化合物药理活性突出，如吗啡因（镇痛）、小檗碱（抗菌、降脂）、千金藤素（白细胞增生、抗冠状病毒）、青藤碱（抗风湿）等均已临床应用。近年来，本草基因组学研究团队以毛茛科黄连（Liu et al., Nature Communications, 2021）、罂粟科毛黄堇（Xu et al., Plant Journal, 2022）、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）等物种为研究对象，在BIAs的结构多样性、代谢合成、起源进化及抗病毒活性等方面取得进展。BIAs化合物立体构型复杂、结构多样、在植物中含量低、化学合成难度大等问题限制临床使用及新药开发，其代谢工程、绿色生物制造及分子育种等研究策略备受关注。
作者系统整理了已报道的BIAs化学结构、结构分类及骨架类型在特定植物谱系中的分布情况；系统梳理不同类型的BIAs生物合成途径，总结了已报道蛋白结构的关键酶NCS、OMT和BBE的催化机制；基于245个已报道的植物基因组，构建催化酶编码基因的系统演化关系，追溯关键酶基因家族的起源及进化，发现CYP450的种系特异性复制、扩张及功能分化驱动BIAs结构多样性的形成，为BIAs生物合成未知基因的鉴定提供新的思路；进一步地，总结了不同类型BIAs在微生物底盘中的代谢工程及合成生物学研究进展，提出了新的绿色合成研究策略，助力BIAs药物供应及新药发现，为BIAs来源植物的资源和可持续利用奠定基础。
东北林业大学在读博士田亚、孔令哲、李琪为论文共同第一作者，中国中医科学院青蒿素中心高冉冉博士、成都中医药大学陈士林院士、东北林业大学徐志超教授为论文共同通讯作者，中国中医科学院中药研究所孙伟研究员、大理大学段宝忠教授参与指导该论文。研究获国家重点研计划青年科学家项目、国家自然科学基金等项目支持。
