柠檬苦素是一类具有显著抗虫活性的三萜类化合物，然而，其天然含量低、化学合成困难，限制了产业化应用。目前已知柠檬苦素类化合物仅来源于tirucalla-7,24-dien-3β-ol (20S, MtOSC1)这一单一前体。是否存在其他骨架来源，以及三萜骨架多样性如何通过酶进化产生，一直是植物代谢生物学领域尚未阐明的科学问题。

    漆小泉团队联合中国水稻研究所薛哲勇团队的最新研究表明，氧化鲨烯环化酶（OSCs）家族通过适应性进化驱动三萜骨架多样化，并发现了一条以eupha-7,24-dien-3β-ol (20R，MtOSC10)为前体的潜在第二条柠檬苦素合成路径。更关键的是，在野生型MtOSC1中，W258L、T413S、M730Y、L735H四个氨基酸位点的任一回补单突，就足以使其产物从20S构型完全转换为20R构型。这一发现揭示了OSC活性口袋中控制立体化学输出的“分子开关”，突破了单一前体路径的传统认知。

    研究人员首次发布了川楝（Melia toosendan）的染色体级别基因组（219.5 Mb），并系统解析了14个OSCs的生化功能，它们能够催化合成11种不同的三萜骨架。进化分析表明，OSC基因家族经历了正选择（ω=261），推动了新功能化的发生。祖先序列重构追溯了一个祖先β-amyrin合酶向两条不同路径演化的历程：一支形成楝科和芸香科保守的tirucalla-7,24-dien-3β-ol合酶MtOSC1；另一支则快速演化出楝属特有的eupha-7,24-dien-3β-ol合酶MtOSC10。分子对接与定点突变进一步显示，在野生型MtOSC1中，W258和M730参与构成精密疏水腔，迫使C17氢从β面迁移锁定20S构型；而替换其中任一残基（W258L、T413S、M730Y、L735H）则解除空间约束，使氢从α面迁移，专一生成20R构型。饱和突变证实，第730位酪氨酸提供的独特环境是实现这种精准构型控制的决定性因素。

    该研究明确揭示了植物OSC通过正选择驱动的新功能化实现三萜骨架多样化的进化机制，并首次提出以eupha-7,24-dien-3β-ol为潜在选择性前体的柠檬苦素生物合成新通路，该发现突破了柠檬苦素“单一前体路径”的传统认知，为植物源杀虫剂的合成生物学制造提供了新元件与理性设计靶点。

    该研究成果于2026年6月15日在线发表于国际学术期刊 Plant Communications。植物所博士后刘波、已毕业博士生冯来宝、在读博士生张苛苛以及东北林业大学博士生郭妍红为论文的共同第一作者，漆小泉研究员（中国科学院植物研究所）与薛哲勇教授（中国水稻研究所）为论文共同通讯作者。感谢中国医学科学院药物研究所戴均贵研究员及其团队在本研究中提供的关键技术支持与指导，感谢中国科学院植物研究所公共技术服务平台和中国水稻研究所相关平台提供的技术保障。研究得到国家重点研发计划（2022YFD2200601）、国家自然科学基金（32430009 & 32472173）等项目的支持。
    原文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346226002737