三七、人參、西洋參是人參屬三種價值極高的藥用植物，因其生長周期相對較長，在種植過程中極易受到多種致病性真菌的侵染而發(fā)生葉面和根部病害，如黃斑病、黑斑病、根腐病等，這些微生物病害嚴重影響藥材質(zhì)量和產(chǎn)量，阻礙相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
近日，我校中藥現(xiàn)代研究中心團隊與澳門大學(xué)、西南林業(yè)大學(xué)合作，揭示了人參屬藥用植物三七、人參、西洋參中存在特異性糖苷水解酶—三萜皂苷共同介導(dǎo)的“雙元抗病原菌侵害”機制。研究團隊在三七種植田間管理時發(fā)現(xiàn)，三七葉發(fā)生圓斑病害后，其病變部位會發(fā)生區(qū)域特異性的人參皂苷水解現(xiàn)象，且這一水解現(xiàn)象僅在被致病真菌感染的葉片局部病變組織中被激活。為了揭示該過程的潛在機制，團隊利用基于酶活性追蹤的蛋白分離純化技術(shù)，結(jié)合蛋白質(zhì)組及轉(zhuǎn)錄組學(xué)等，從三七中成功分離鑒定了催化這一特異性水解反應(yīng)的β-葡萄糖苷酶PnGH1，結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)模擬、分子對接及位點突變等方法，探討了酶的催化機制，并利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的瞬時表達技術(shù)驗證了酶在植物體內(nèi)的水解功能。PnGH1能夠位置特異性的催化三七中PPD型人參皂苷C-3位β(1→2)糖苷鍵的水解，生成具有顯著的抗菌活性的水解產(chǎn)物。亞細胞定位分析證實PnGH1在葉綠體中特異性高表達，在健康狀態(tài)下，酶與三萜皂苷類化合物兩者處于物理分離狀態(tài)，而當(dāng)細胞遭受病原菌感染后，電鏡下觀察到細胞完整結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，這導(dǎo)致PnGH1從葉綠體中釋放出來，繼而催化人參皂苷類化合物發(fā)生水解反應(yīng)，生成相應(yīng)的水解產(chǎn)物以抵御病原菌侵害。進一步在發(fā)生病原菌病害的西洋參和人參葉片中觀察到類似的人參皂苷水解現(xiàn)象，并成功克隆鑒定了其中相關(guān)的β-葡萄糖苷酶，揭示這一“雙元抗病原菌侵害”的自我防御機制在人參屬植物西洋參和人參中同樣存在。
三七 人參 西洋參
此項研究首次揭示了人參屬植物中由特異性的糖苷水解酶和三萜皂苷共同介導(dǎo)的“雙元抗病原菌侵害”的化學(xué)防御系統(tǒng)，為人參屬植物病害防治植物源農(nóng)藥的開發(fā)提供了新的見解，同時也為藥用植物活性成分的化學(xué)生態(tài)學(xué)研究提供參考。相關(guān)研究結(jié)果近日以“Discovery of plant chemical defence mediated by a two-component system involving β-glucosidase in Panax species”為題在線發(fā)表于自然指數(shù)期刊Nature Communications（https://www.nature.com/articles/s41467-024-44854-7）。澳門大學(xué)馬麗娟博士、北京中醫(yī)藥大學(xué)劉曉副研究員為本論文共同第一作者，澳門大學(xué)萬建波教授、北京中醫(yī)藥大學(xué)史社坡研究員、西南林業(yè)大學(xué)何霞紅教授為論文共同通訊作者。研究工作得到了澳門科技發(fā)展基金（no. 0052/2022/A1）、中藥質(zhì)量研究國家重點實驗室（澳門大學(xué)）開放課題（No. SKL-QRCM-OP23012）和天然藥物活性與功能國家重點實驗室（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院協(xié)和藥物所）開放課題（No. GTZK202203）等項目資助。
