中国药科大学赵玉成、徐健/皖西学院韩邦兴ACS Catal｜元胡中痕量高效镇痛活性成分左旋紫堇达明生物合成最后缺失步骤的解析（附招聘信息）

遇见/摘要延胡索Corydalis yanhusuoW. T. Wang又称元胡属于罂粟科紫堇属植物是传统常用大宗中药也是浙江道地药材“浙八味”之一。苄基异喹啉生物碱BIAs是延胡索的主要活性成分如延胡索乙素、原小檗碱、黄连碱、延胡索甲素等。左旋紫堇达明(L-Corydalmine,L-CDL,S-CDL)是左旋延胡索乙素C-10位氧甲基脱去甲基后的产物具有显著镇痛活性且属于非阿片类镇痛分子在新型镇痛药开发中展现出重要应用潜力。然而该类化合物在紫堇属植物中痕量存在获取难度极大限制了它的应用。前期赵玉成团队通过转录组与代谢组联合分析对延胡索中BIAs的生物合成路径进行了初步解析(Hortic. Res., 2021, 8:16)并进一步完成了其复杂同源异源四倍体基因组(AAAB型)的高质量组装(Hortic. Res., 2024, 11: uhad296)为相关研究提供了关键遗传资源但左旋紫堇达明“如何被精准修饰形成”的酶学机制仍有待深入阐明。近期该团队联合皖西学院韩邦兴教授团队在ACS Catalysis发表研究论文阐明了左旋紫堇达明生物合成最后缺失步骤并对Fe(II)/2-酮戊二酸依赖型氧化酶催化的选择性去甲基化反应开展了系统研究实现了该类化合物的精准构筑。该研究首先提出了一种不同于传统认知的生物合成模式左旋紫堇达明并非通过逐步甲基化合成而是经历“先完全甲基化再选择性去甲基化”的过程即通过酶催化对“过度修饰”的分子进行精准编辑从而实现复杂骨架的精细塑造图1。图1.延胡索中S-CDL生物合成“先完全甲基化再选择性去甲基化”假说路线遇见/内容在此基础上通过生信分析鉴定了两个关键去甲基化酶ODM4与ODM5。尽管二者具有较高的序列相似性但表现出显著差异的催化特性ODM4能够同时催化(R,S)-四氢巴马汀在C-10与C-2位点的脱甲基化反应而ODM5则仅表现出严格的C-2位点选择性。进一步通过解析ODM4的晶体结构并结合与ODM5的结构比对分析锁定了调控区域选择性的关键残基并通过对四个关键氨基酸位点的定点突变成功实现了ODM4与ODM5催化功能的相互转换图2。图2.ODM4和ODM5的催化功能验证、晶体结构及手性控制机制进一步地研究结合MD模拟和QM/MM计算对ODM4催化(R,S)-四氢巴马汀在C-10与C-2位点的去甲基化反应机制进行了解析。结果表明该类酶通过Fe(IV)O中间体实现C–H键活化并依次经历脱羧、O-O键断裂、ferryl- flip、氢原子攫取以及羟基回弹等关键步骤最终完成去甲基化反应图3。值得注意的是研究还发现实际的去甲基过程可能发生于底物释放至溶剂环境之后这一发现为理解非血红素铁酶催化反应的空间边界提供了新的视角。图3.ODM4催化脱甲基反应机制与理性改造基于上述结构与机制认知研究团队进一步开展了理性酶工程改造。通过分子动力学模拟对关键反应距离进行统计分析对Leu113、Arg201、Val225等关键残基的突变效应进行了预测并结合定点突变实验实现了对底物结合构象的精细调控从而成功重塑酶的区域选择性与对映体偏好性。其中双突变体L113A/R201A(M2)不仅显著提高了目标产物S-CDL的生成比例同时有效抑制了对右旋底物的催化活性充分展现了该类酶在定向改造与功能优化方面的良好潜力。综上该研究从分子层面系统解析了延胡索中痕量高效活性成分紫堇达明的合成机制并阐明了Fe(II)/2-酮戊二酸依赖型氧化酶催化选择性O-去甲基化的结构基础与反应机制提出了“构象调控驱动脱甲基反应选择性”的重要理念为复杂天然产物后修饰反应的精准调控提供了理论依据。同时该工作也为构建可编程生物催化体系、实现稀有活性天然产物的高效生物制造奠定了重要基础。中国药科大学中药资源系赵玉成、徐健教授和皖西学院韩邦兴教授为该研究论文的通讯作者中国药科大学博士后付玉状、已毕业硕士生朱珂瑾和本科生梁辅文为共同第一作者。南通大学王雯丽、皖西学院易善勇、中国中医科学院马晓晶、陕西中医药大学徐顶巧等老师也参与了部分工作。该研究得到了中国药科大学多靶标天然药物全国重点实验室专项研究基金SKLNMZZ2024JS37、中央本级重大增减支项目2060302、中央高校基本科研业务费2632025PY07和中国博士后科学基金等项目的资助。遇见/致谢一、赵玉成教授课题组简介赵玉成教授长期从事中药资源开发与中药活性成分的生物合成相关研究。旨在1通过中药资源鉴定学与植物化学分类学发现新型中药资源/独特疗效物质2或通过组织培养、仿野生栽培、新品种选育、分子设计育种实现中药资源的来源保障3进而通过多组学分析、体内体外验证解析中药资源高品质、道地性形成与调控机制4并通过生物合成途径解析、关键酶催化机制探究、异源组合合成实现具有临床应用前景的珍稀濒危/痕量活性成分的从头大量合成。近五年以通讯作者在PNAS, JACS, Nature Communications, Angewandte Chemie, Advanced Science, ACS Catalysis, APSB等期刊上发表SCI论文40余篇。因学科发展和课题研究需要2026年度招聘青年特聘教授/副教授、讲师、博士后等不同层次教师2-4名。诚聘基础扎实、积极进取的优秀青年学者加入科研团队共同书写科研新篇章二、招聘岗位描述及应聘条件1、中药鉴定学、中药资源学、药用植物栽培学等农学类植物基因组学、生物信息学、数学、计算机等数据科学类人工智能、大语言模型、合成生物学等前沿技术类一致或相近学科研究背景者2、已毕业或准毕业、已出站或即将出站、需要工作调动的具有博士学位的研究者热爱科学研究并喜欢自己从事的专业3、身心健康、诚实守信、责任心强、学习能力强有良好的团队协作精神4、具有良好的中英文写作能力可独立完成SCI论文以及中文基金申报书的写作5、以第一作者身份在相关领域权威杂志或中科院一区杂志上发表SCI论文1篇及以上中药鉴定、植物分类、中药栽培方向无英文文章发表要求6、中药栽培学、生物信息学、人工智能领域优先。三、基本待遇1、青年特聘教授系列基本要求应为QS、THE、U.S.NEWS、ARWU世界大学排名最新榜单前200名高校毕业的博士研究生年龄一般不超过30周岁博士后可适当放宽2岁近五年以第一作者共一第1在国内外高影响力学术期刊上发表高水平研究论文或主持1项及以上国家级科研项目的优秀青年人才。待遇副教授职称待遇50万元≤安家费≤100万元30万元≤科研启动经费≤50万元聘期内提供校内公寓房或每月2000元租房补贴。2、博士后系列基本要求在国境内外取得博士学位不超过3年年龄一般不超过35岁人才紧缺学科领域或具备突出科研能力者年龄可适当放宽以第一作者身份在相关领域权威杂志或中科院一区杂志上发表SCI论文1篇及以上。待遇基本年薪35万学校提供住房补贴2000元/月各类补贴可叠加发放如下表最低总值40万优秀者可达80万户口迁移、子女入学入托、医疗保障与本校教职工等同在站期间出站后可申请副研究员、讲师等职位出站后表现优异者可留校工作。四、申请材料1、个人简历包括个人基本信息、教育科研经历、参与研究内容等反映个人科研水平的相关内容2、近5年已发表或将要发表的代表性论文全文包括补充材料五、应聘方式此招聘信息长期有效招满为止。 请应聘者将申请材料通过电子邮件发送至zhaoyucheng1986126.com赵老师邮件标题请注明“应聘者姓名毕业学校”字样经初步审核后课题组将尽快安排面试。遇见/致谢感谢赵玉成教授课题组对本号的支持感谢该课题组提供本文稿件支持往期精选▼1.中国药科大学孔令义/杨鸣华/赵玉成JACS研究γ-亚烷基丁烯内酯生物合成中发现的新型“原子删除”型环收缩反应机制2.中国药科大赵玉成/南京农大薛佳宇等团队Nat Comm复杂香豆素生物合成与产物多样性形成机制取得进展3.中国药科大学赵玉成/肖易倍天津工生所盛翔合作ACS Catal荷花特异性累积(R)-型苄基异喹啉生物碱的机制被阐明4.【APSB推荐】历时十年线型/角型呋喃与吡喃香豆素母核生物合成的最后一环被阐明5. PNAS 中国药科大学赵玉成/热科院乔飞等团队破解三尖杉碱母核合成机制6. 中国药科大学赵玉成组Angew | 褪黑素重要作用与合成机制https://doi.org/10.1038/s41467-024-51285-x最全1000植物核基因组数据库IMP (点击图片直达)高颜值免费 SCI 在线绘图(点击图片直达)往期精品(点击图片直达文字对应教程)LinuxPythonR绘图NGS基础GEO高级生信自学生信书籍系列教程心得体会转录组经典宏基因组蛋白质组单细胞系列测序发展史免费在线画图色彩搭配图形排版图形解读ChIP-seqTCGAGSEAWGCNA海哥组学傻瓜系列文章写作CytoscapeExcelPPT机器学习公众号投稿联系陈同 chentong_biology163.com