現代植物化學和藥理學的研究證明，草藥中特異性積累的有效成分是其發揮藥效的物質基礎，七葉樹屬植物是一種溫帶北半球的多年生樹木，該屬植物由于分別含有藥用活性成分七葉皂苷和七葉素被廣泛應用于臨床。七葉皂苷（玉蕊醇型三萜皂苷）制劑已經在臨床中以口服、靜脈注射和局部涂抹的方式廣泛使用，用于治療慢性靜脈功能不全、水腫和痔瘡等疾病。七葉素（香豆素類成分），也被稱為 6,7- 二羥基香豆素 -6-O- 葡萄糖苷，與地高辛一起被廣泛用作常見的眼藥水七葉洋地黃雙苷滴眼液的原料，以緩解眼疲勞、眼痛和干眼等癥狀。然而，目前對于這兩種有效成分的合成、調控和轉運機制的分子遺傳學研究還相對薄弱。

此次發表的研究通過空間代謝組揭示七葉皂苷在七葉樹屬植物娑羅子的子葉中特異性積累，解析了中華七葉樹高質量基因組，并通過代謝組學、轉錄組學以及合成生物學技術等方法，成功解析七葉皂苷生物合成途徑中關鍵的環化、氧化、酰基化和葡萄糖醛酸化等催化步驟。

同時，課題組通過全被子植物基因組層面共線性研究發現該類三萜代謝基因簇的招募和進化模式，更好地理解了玉蕊醇型三萜類化合物在無患子目植物中的形成機制。針對七葉素的合成途徑，研究團隊根據關鍵基因在基因組中存在的拷貝數目及表達模式，篩選和驗證了合成過程中關鍵基因的功能，在大腸桿菌中重建了七葉素的生物合成途徑并完成了七葉素的綠色合成。

本文以具有重要藥用價值的七葉樹為研究對象，綜合運用基因組、轉錄組、代謝組、空間代謝組以及合成生物學等多種技術手段，揭示了七葉樹中高價值代謝物七葉皂苷和七葉素的生物合成及進化過程。其意義在于，一方面為推動這些活性化合物的生物合成研究進展以促進其生產應用提供了良好的基礎，另一方面為其他藥用樹木代謝物相關研究提供了良好的研究范式。

參考文獻：

[1] Sun W, Yin Q, Wan H, et al. Characterization of the horse chestnut genome reveals the evolution of aescin and aesculin biosynthesis[J]. Nature communications, 2023, 14(1): 6470.