藏药"波棱瓜"基因组中过氧化物酶基因家族的全面分析揭示HpPRX参与木脂素特异性生物合成的分子机制

　　本研究针对高原植物木脂素生物合成机制不明的科学问题，通过全基因组分析鉴定出藏药波棱瓜(Herpetospermum pedunculosum)84个III类过氧化物酶(PRX)基因，发现Hsped.08?g00810能催化关键前体脱氢二松柏醇(DA)形成，并揭示HpWRKY75通过酵母单杂交特异性调控其启动子活性。研究首次阐明8号染色体上存在完整的木脂素生物合成基因簇，为高原植物特殊代谢网络调控提供理论依据，对开发肝病治疗药物具有重要价值。

　　

在青藏高原极端环境下生长的藏药波棱瓜(Herpetospermum pedunculosum)含有独特的肝保护木脂素成分，其提取物已开发成治疗慢性肝炎的滴丸制剂。然而传统提取方法效率低下，且这种植物特有的8-5'联苯并呋喃型木脂素生物合成机制长期未明。与常见8-8'双环氧木脂素不同，波棱瓜能合成从二聚体(Herpetol)到五聚体(Herpepentol)的复杂结构，暗示其存在高效的氧化偶联系统。由于高原低氧环境可能影响氧依赖型漆酶(laccase)的作用，研究人员推测过氧化物酶(PRX)在该物种木脂素合成中具有特殊地位。

西南交通大学生命科学与工程学院的研究团队通过全基因组分析结合多组学技术，系统解析了PRX基因家族在波棱瓜木脂素合成中的关键作用。研究发现被命名为HpPRX的Hsped.08?g00810能高效催化松柏醇(CA)形成关键中间体脱氢二松柏醇(DA)，并鉴定出转录因子HpWRKY75通过结合启动子调控该过程。论文发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为理解高原植物特殊代谢适应机制提供了重要线索。

研究采用全基因组扫描鉴定PRX家族成员，通过酵母单杂交验证转录调控关系，结合体外酶活重建实验确认催化功能，并运用LC-MS/MS进行代谢产物分析。样本采自四川泸定县海拔2223.4米的牛背山村，经宋良科教授鉴定。

【材料】研究团队在四川高原地区采集波棱瓜样本，通过深度冷冻保存确保样本完整性，为后续组学分析奠定基础。

【Identification and analysis of PRX genes members in H. Pedunculosum】基因组分析发现波棱瓜含有84个PRX基因，其中Hsped.07?g06300编码726个氨基酸的最长蛋白，而Hsped.10?g08590仅含129个氨基酸。系统发育分析显示这些基因主要属于血红素依赖的III类过氧化物酶，与黄瓜(C. sativus)和甜瓜(C. melo)具有较高同源性。

【Discussion】不同于传统认知，研究发现PRX而非漆酶在低氧环境下主导木脂素合成。DA的体外高效合成证实了PRX在8-5'键形成中的特异性催化能力，这解释了波棱瓜能产生独特联苯并呋喃结构的分子基础。

【Conclusions】研究证实PRX基因家族通过催化DA合成参与波棱瓜特征性木脂素生物合成。HpWRKY75对Hsped.08?g00810的特异性调控揭示了转录因子在次级代谢中的精确控制机制。8号染色体上发现的基因簇为理解植物特殊代谢途径的基因组组织提供了新视角。

该研究首次绘制了高原药用植物木脂素合成的完整分子图谱，不仅为开发新型肝病药物提供靶点，也为利用基因工程改造药用植物、提高活性成分产量奠定了理论基础。发现的环境适应性代谢机制，对研究植物极端环境响应具有普遍指导意义。郑雅婷等作者的工作为挖掘高原植物药用价值提供了范例，相关成果已提交NCBI数据库(PRJNA906014)。