近日，上海辰山植物园（中国科学院上海辰山植物科学研究中心）赵清课题组

　　对黄芩甲氧基黄酮代谢合成的研究取得重要进展，相关成果以上海辰山植物园为第一单位在线发表于Plant Biotechnology Journal上。

　　黄酮的氧位甲基化是其基本骨架形成后的重要修饰反应，也是黄酮结构及功能多样化的重要原因。黄酮的氧位甲基化可改变一些基团的化学活性，增加了它的亲脂性，扩大了其在细胞内的分布范围，有利于其更好地和胞内膜结构结合从而发挥生物学活性。

　　黄芩 (Scutellaria baicalensis) 是唇形科黄芩属多年生草本植物，它含有多样的甲氧基化黄酮。研究者对黄芩根进行了代谢组学分析，发现黄芩中含有72种黄酮化合物，其中甲基化黄酮占据一半以上（43种）。并将常见的甲氧基黄酮化合物：黄芩黄酮I和韧黄芩素I进行癌细胞凋亡实验，发现相对于黄芩素，黄芩黄酮I和韧黄芩素I对肝癌及肺癌细胞有更强的抗性，同时对健康细胞没有毒副作用。

　　进一步在黄芩中发现了两个氧位甲基转移酶（OMT）家族（I类和II类）参与黄芩根中甲氧基黄酮的生物合成。其中II类OMT家族中，根特异表达的SbPFOMT2 和 SbPFOMT5负责装饰黄酮上两个相邻羟基之一，将 C6、8 和 3'-羟基甲基化，分别形成千层纸素、韧黄芩素II和 金圣草黄素；而地上部分表达的SbPFOMT1只负责甲基化咖啡酰COA，参与木质素合成。I类 OMT家族的SbFOMT3、SbFOMT5 和 SbFOMT6 主要负责黄酮的C7-甲氧基化。其中最为较特殊的是SbFOMT5，它能甲基化黄芩素中的C5、C6和C7 -羟基。研究者进一步做了蛋白建模实验，发现了SbFOMT5活性多样的原因是其核心区较大的疏水腔，能容纳黄酮分子的移动，并进一步通过点突变实验验证了该结论。

　　在掌握了上述两类OMT特性的基础上，研究者在酵母共表达 SbPFOMT5 和 SbFOMT6，并添加相应羟基黄酮，该酵母生产出了黄芩黄酮 I。 而共表达SbPFOMT5 和SbFOMT5的酵母发酵产生了韧黄芩素I。这项工作表明两个 OMT 家族均参与了黄芩中甲氧基化黄酮的生物合成。

　　本文通过实验证明甲基化可以显著提高黄酮抑制癌细胞生长的活性，显著降低其IC50值，且对正常细胞没有毒性。同时寻找到了负责甲基化这些黄酮的酶，为后续合成生物学的研究奠定基础。   

　　该研究成果以题为“Two types of O-methyltransferase are involved in biosynthesis of anticancer methoxylated 4´-deoxyflavones in Scutellaria baicalensis Georgi”，发表在国际知名期刊Plant Biotechnology Journal (IF=9.803)。科研助理崔孟颖为第一作者，青年研究组长赵清为通讯作者。英国John Innes Centre的Cathie Martin教授，辰山中心的陈晓亚、胡永红及杨俊研究员参与了该工作。研究得到科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金委，上海市绿化与市容管理局辰山专项的资助。

　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13700

　　供稿：崔孟颖