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在人類歷史上，天然化合物是發現和改進藥物、制造香料等化工產品的基礎原料。萜類化合物是種類最多，結構最多樣的天然化合物家族之一，具有抗癌、抗氧化、抗炎、抗微生物感染、降血壓、增強機體免疫、鎮痛等多種生物活性。單萜化合物(C10)，如檸檬醛，芳樟醇，香葉醇，檸檬烯等物質，因其具有芳香性、抗病毒、抗菌、抗氧化等生物活性，廣泛用于化工、精香料、醫藥和生態農業等領域。

日前，中國林科院亞熱帶林業研究所特色林木資源育種與培育研究團隊在《林業研究》(Forestry Research)在線發表了題為“Overexpression of 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase?enhances?the?monoterpene?content?in?Litsea?cubeba(LcDXR促進山蒼子單萜化合物的合成)”的研究論文。該文篩選鑒定了精油合成途徑關鍵基因DXR，為揭示樟科精油合成機制提供理論基礎，為山蒼子定向培育出高產、優質的栽培品種提供科學依據。

山蒼子(Litsea cubeba (Lour.) Pers.)，隸屬樟科(Lauraceae)木姜子屬(Litsea)，鮮果皮精油含量高達到4%-7%，是我國重要的香精香料樹種。山蒼子精油因其具有芳香、抗病毒、殺菌、消炎等豐富的生物活性廣泛應用于食品、藥品、作物蟲害防治和高級香料等領域。山蒼子栽培面積21.06萬畝，占全國經濟林總面積的0.04%，我國山蒼子精油年產量14.01萬噸，為世界上最大的生產國和出口國，供不應求。

山蒼子精油中的單萜化合物含量高達98%，因此如何基于生物合成途徑的關鍵基因提高單萜的產量成為山蒼子分子育種的熱點。脫氧木酮糖磷酸鹽還原異構酶(1-deoxy-D-lxylulose?5-phosphate?reductoisomerase, DXR)作為甲基–D–赤蘚醇–4–磷酸途徑(MEP)生物合成途徑中碳流的分支點，是催化MEP途徑第二步的關鍵限速酶。本研究基于山蒼子基因組鑒定了1個DXR基因。組織特異性表達分析發現，LcDXR在根、莖、葉和果實均有表達，在果實發育前期和中期顯著高表達，說明LcDXR可能在山蒼子果實單萜合成中發揮重要作用。酶活性分析表明，重組LcDXR蛋白以NADPH為輔因子催化DXP。瞬時過表達LcDXR顯著增加了山蒼子中單萜的含量。進一步對過表達LcDXR煙草進行研究，發現包括檸檬烯、α-蒎烯、桉葉油醇、芳樟醇、萜品醇和樟腦在內的單萜化合物的產量增加了近5.9倍。同時，LcDXR的過表達通過串擾和反饋機制激活了單萜生物合成的代謝通量。本研究結果表明，LcDXR是山蒼子和其他植物單萜合成途徑中的關鍵基因，是創制高含量精油山蒼子的有效靶點。

中國林科院亞熱帶林業研究所助理研究員趙耘霄為第一作者，中國林科院副院長汪陽東研究員為本文的通訊作者。

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