美高梅集团4688am生物合成化学团队长期从事喜树碱生物合成途径解析与功能酶元件发掘工作。喜树碱（CPT）类药物，拓扑替康和伊立替康，由于其呈现优良的抑制拓扑异构酶I活性，在临床上被用作一线抗癌药物。两者均以10-羟基喜树碱（10HCPT）作为工业原料，通过化学半合成方法制备。因此，CPT类药物的生产受限于原料10HCPT的产量。团队前期发现喜树的花和果是10HCPT的最适积累部位（J. Chromatogr. A, 2020,1620:461036.），但其含量无法满足市场需求。近年，各科研团队已投入大量精力从解析10HCPT生物合成途径和发掘喜树中参与10HCPT生物合成的酶元件，但这些已解析步骤主要聚集于上游环烯醚萜途径。由于CPT独特的结构特征，其下游途径的解析（包括C-10位羟化步骤）仍困难重重。

团队基于前期构建的喜树基因（Front. Plant Sci. 2022,13:851077.）与蛋白（ACS Chem. Biol. 2023,18:1772–1785.）资源库，启动了以CYP81家族羟化酶为靶标的定向发掘。团队从喜树基因库中挖掘筛选出5条CYP81基因，分别被美国的Nelson教授命名为CYP81B256、CYPB257、CYPBQ18、CYP81BQ19、CYP81BN24。其中CYP81BQ19与加拿大Dang T.T.小组报道的CPT10H（Commun. Chem. 2021,4:177.）序列完全一致，说明了我们的发掘筛选策略的准确性。通过体外和烟草体内活性测试，团队发现CYP81BQ18和CYP81B256能选择性羟化CPT的C-10位，而CYP81B256和CYP81BN24呈现槲皮素C-5'位羟化酶活性。VIGS实验表明，新发掘的CYP81BQ18和CYP81B256在喜树中参与了10HCPT的生物合成。团队通过共线性和基因结构分析，发现CYP81B256和CYP81BN24起源于共同祖先基因，CYP81BQ18与CPT10H则独立进化，是喜树中的物种特异性羟化酶。CYP81B256是桥接喜树生物碱和黄酮合成代谢的进化中间基因。团队通过整合组学发掘与基因功能表征，解析了喜树中10HCPT生物合成过程中的CPT的C-10位选择性羟化步骤以及CYP81家族基因的进化起源。

该研究由美高梅集团4688am生物与医药专业研究生雷明完成，蒲祥副教授和农学院吴卫教授为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、四川省科技厅和名贵中药资源可持续利用能力建设项目联合资助，研究结果以题为《Hydroxylase-oriented mining and functional characterization of camptothecin 10-hydroxylase from Camptotheca acuminata Decne》在中科院一区TOP期刊《Industrial Crop & Products》发表。此外，特别感谢四川大学刘建全教授为本研究提供喜树染色体水平基因组。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.119469