名貴瀕危中藥材資源的可持續(xù)發(fā)展是中藥產(chǎn)業(yè)亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。沉香是瑞香科植物白木香 Aquilaria sinensis （Lourl.）Gilg受到侵害后緩慢形成的含樹脂木材，具有行氣止痛、溫中止嘔、納氣平喘的功效，為名貴中藥材和香料。因其獨(dú)特的香味，位居“沉檀龍麝”四大名香之首，優(yōu)質(zhì)沉香每克價(jià)格高達(dá)數(shù)千元，享有“木中鉆石”之美譽(yù)。白木香是我國(guó)沉香藥材的唯一植物來(lái)源，為我國(guó)特有的珍稀名貴藥用植物。由于白木香自然繁殖率低，加上掠奪式砍伐，森林資源、生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞，野生資源瀕于枯竭，已被列入《瀕危野生動(dòng)植物種國(guó)際貿(mào)易公約（CITES）》附錄Ⅱ和我國(guó)二級(jí)保護(hù)植物。自然條件下，白木香結(jié)香主要是蟲蛀、真菌感染、外部傷害等因素造成的防御反應(yīng)，其結(jié)香緩慢，幾率很低，產(chǎn)香者“百無(wú)一二”，因此，沉香的資源已成為相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。闡明沉香的形成機(jī)制，并對(duì)其結(jié)香過(guò)程進(jìn)行干預(yù)調(diào)控，是突破當(dāng)前人工結(jié)香技術(shù)局限、徹底解決沉香資源問(wèn)題的核心。
沉香的形成實(shí)質(zhì)上是防御性次生代謝產(chǎn)物苯乙基色酮類和倍半萜類成分在體內(nèi)緩慢合成累積的過(guò)程。其中苯乙基色酮類成分是沉香的特有成分，也是其功效和獨(dú)特香味的主要物質(zhì)。我校中藥現(xiàn)代研究中心團(tuán)隊(duì)與日本富山大學(xué)、東京大學(xué)學(xué)者合作，破解了苯乙基色酮的生物合成機(jī)制，構(gòu)建了利用白木香懸浮細(xì)胞快速合成結(jié)構(gòu)多樣的苯乙基色酮的生物合成體系；克隆鑒定了合成苯乙基色酮的關(guān)鍵酶PECPS, 通過(guò)將PECPS在本氏煙中瞬時(shí)表達(dá)、在白木香愈傷組織中敲低表達(dá)等實(shí)驗(yàn)，證明PECPS的體內(nèi)生物學(xué)功能；制備并解析了PECPS及其4個(gè)關(guān)鍵突變體蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，闡明了PECPS獨(dú)特的催化機(jī)制。研究結(jié)果突破了利用合成生物學(xué)手段組合合成沉香苯乙基色酮類成分和精準(zhǔn)調(diào)控白木香結(jié)香的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
相關(guān)研究結(jié)果以“Identification of a diarylpentanoid-producing polyketide synthase revealing an unusual biosynthetic pathway of 2-(2-phenylethyl)chromones in agarwood”為題在線發(fā)表于自然指數(shù)期刊Nature Communications（https://www.nature.com/articles/s41467-022-27971-z）。北京中醫(yī)藥大學(xué)王曉暉、高博文博士及日本富山大學(xué)Yu Nakashima博士為本論文共同第一作者，北京中醫(yī)藥大學(xué)史社坡、屠鵬飛教授，日本富山大學(xué)Hiroyuki Morita教授為論文共同通訊作者。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFC1711008）和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（81773842）等項(xiàng)目的資助。
