編輯推薦：百里香和牛至葉含有一種抗癌化合物，可以抑制腫瘤的發展，但在番茄醬中新增更多的百里香和牛至葉並不足以獲得顯著的益處。解開這些植物力量的關鍵在於增加化合物的數量，創造或合成化合物用於藥物開發。美國普渡大學的研究人員繪製了這種化合物的生物合成途徑，這是將其應用於製藥領域的第一步。
普渡大學農學院生物化學教授Natalia Dudareva
百里香和牛至葉含有一種抗癌化合物，可以抑制腫瘤的發展，但在番茄醬中新增更多的百里香和牛至葉並不足以獲得顯著的益處。解開這些植物力量的關鍵在於增加化合物的數量，創造或合成化合物用於藥物開發。普渡大學農學院生物化學傑出教授Natalia Dudareva領導的一個研究小組繪製了在牛至和百里香中發現的抗癌化合物的生物合成途徑，為潛在的藥物應用打開了大門。
“這些植物含有重要的化合物，但含量很低，提取是不夠的，”Natalia Dudareva說：“通過了解這些化合物是如何形成的，我們開闢了一條道路，讓植物具有更高水平的這些化合物，或在微生物中合成這些化合物用於醫療。
“對植物科學來說，現在是一個驚人的時代。我們的工具更快、更便宜，而且提供了更多的洞察力。這就像在觀察細胞內部，簡直難以置信。”
百里香酚、香芹酚和百里香對苯二酚是唇形科植物百里香、牛至和其他植物中的香味化合物。它們還具有抗菌、消炎、抗氧化和其他對人體健康有益的特性。Natalia Dudareva同時也是普渡大學植物生物學中心主任，她指出百里香對苯二酚已被證明具有抗癌特性，這一點尤其值得關注。
在與來自德國的馬丁·路德大學和密歇根州立大學的科學家的合作中，該團隊發現了合成百里香對苯二酚的整個生物合成途徑，包括它的前體百里酚和香芹酚的形成，以及在此過程中產生的短命中間化合物。
Natalia Dudareva強調，這一發現改變了之前對這類化合物形成的看法，這類化合物被稱為酚類或芳香型單萜，在其他植物中只有很少的生物合成途徑被發現。這項研究的詳細內容發表在《美國國家科學院院刊》上。
“這些發現為工程植物和其他生物中的高價值化合物提供了新的目標，”論文的第一作者之一、Dudareva實驗室博士後研究員潘遼(音譯)說。“許多植物不僅含有藥用成分，而且其中的化合物被用作食品新增劑、香水、化妝品和其他產品。”
既然這一途徑已經為人所知，植物學家就可以培育出能夠產生更多有益化合物的品種，或者可以將其整合到微生物中，如酵母中進行生產。他說，後一種方法包括髮酵過程，以獲得有價值的化合物，許多植物基產品也是如此。
發酵過程對食品、飲料、製藥和生物燃料生產非常重要，因此普渡大學現在開設了發酵科學專業。
透過RNA測序和相關分析，該團隊從植物組織樣本中篩選了超過80000個基因，並確定了生產百里香對苯二酚所需的基因。基於已知的化合物結構，並透過代謝物分析和生化測試，該團隊確定了生物合成途徑。
潘遼說：“在這一途徑中形成的中間體並不是我們預測的那樣。”“我們發現，百里香酚和香芹酚的芳香主幹是由γ-松蒎烯由P450單加氧酶和脫氫酶透過兩個不穩定的中間體結合形成的，但不是如提出的對花香烯。”
Dudareva說，由於能夠使用RNA測序進行高通量基因表達分析，現在正在發現更多的途徑。
她說，這項研究的結果也將有助於其他植物物種的生物化學和植物科學研究。
“作為科學家，我們總是在比較不同系統和植物的路徑，”Dudareva說：“我們總是在追求新的可能性。我們瞭解得越多，就越能認識到這些共同點和不同點，而這些共同點和不同點可能是下一個突破的關鍵。”
原文檢索：
The biosynthesis of thymol, carvacrol, and thymohydroquinone in Lamiaceae proceeds via cytochrome P450s and a short-chain dehydrogenase
來源：Proceedings of the National Academy of Sciences
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