多甲氧基联苄化合物（PMB）含有丰富的甲基化和羟基化基团，具有抗肿瘤、抗炎和神经保护等药理活性，广泛存在于石斛属物种中，但目前其生物合成机制尚未解析。近日，山东大学娄红祥团队在国际顶级期刊the Plant Journal上发表了题为Catalytic divergence of O-methyltransferases shapes the chemo-diversity of polymethoxylated bibenzyls in Dendrobium catenatum的研究论文，通过黄石斛（Dendrobium catenatum）的基因组、转录组和代谢组分析，系统性揭示了黄石斛中PMB的生物合成网络和O-甲基转移酶（OMT）的催化多样性，为植物源药物应用的开发和高价值PMB的生产奠定基础。
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该研究首先绘制了黄石斛根、茎、叶三个组织中的PMBs成分的代谢图谱，发现PMBs在三个组织中均能积累，但在根中含量最高且结构多样。根据同源基因比对筛选出黄石斛中联苄合酶（BBSs）基因DcBBS-like1能够催化联苄成分的骨架形成。同时，作者基于黄石斛基因组、系统进化、基因表达分析和蛋白表达，成功表达出7个可溶性蛋白DcOMT1-7，并利用化学合成获得18个具有不同羟基和甲氧基取代基的PMBs作为OMT功能验证的底物或产物。随后作者设计体外酶活正交实验，选取其中6个PMBs作为底物表征DcOMT1-7的酶活，催化结果显示DcOMT1-5在依次甲基化过程中表现出不同的底物偏好性和区域特异性，最终生物合成获得四甲氧基化的联苄类成分毛兰素（erianin）、鼓槌石斛素（chrysotoxine）和玫瑰石斛素（crepidatin），并以此推测了依次甲基化顺序（图1）。此外，作者还通过分子对接分析探讨了DcOMT1-5的区域选择性，结果显示这些OMTs在催化活性上与其催化机制高度一致。
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图1 以SAM为甲基供体体外测定DcOMT1-7催化产生四甲氧基化联苄成分
综上，作者通过黄石斛富含PMB类化合物，鉴定了出1个BBS和5个OMT参与黄石斛中PMB的生物合成，并构建甲基化生物催化顺序网络。该研究弥补了联苄类成分生物合成OMT研究的空白，为OMT修饰酶的底物特异性和区域选择性研究提供了新的见解，有助于PMB底盘的构建从而推动利用微生物细胞工厂高效生产PMB类化合物。山东大学药学院娄红祥教授，程爱霞教授和徐泽军教授为该论文通讯作者，在读研究生塔贺、杨雅惠、朱婷婷为该论文的共同第一作者，该研究得到了国家自然科学基金（82293682和82173703）和国家重点研发计划（2019YFA0905700）的支持。
